深度报告-2025-12-15-华泰证券-全固态电池设备投资的五条主线_50页_4mb

> **来源：[研报客](https://pc.yanbaoke.cn)** # 全固态电池设备投资的五条主线 华泰研究 2025年12月14日|中国内地 专题研究 # 全固态电池：材料颠覆性能，设备机遇浮现 凭借着固态电解质完全替代电解液，全固态电池在安全与能量密度上具备颠覆性优势。当前产业化重心已从“材料科学”转向“生产工程”，设备成为其优势能否兑现的关键。与材料相比，设备可兼容不同技术路线，能见度更高。随着国内外产业化目标逐渐聚焦，半固态电池设备有望在2026年实现放量，而全固态电池设备有望在2027-2030年实现放量。 # 聚焦“干-胶-叠-压-压”，关注新增/升级带来的设备增量 全固态电池设备变化聚焦干（干法电极）、胶（胶框印刷）、叠（无隔膜叠片）、压（等静压、高压化成分容）五大环节。1）干法电极：降成本、降能耗、提升能量密度，与硫化物路线绑定。2）胶框印刷：用于极片绝缘与防潮，新增激光制痕、胶框打印等设备。3）无隔膜叠片：电解质脆性驱使叠片替代卷绕，单片叠片带动精度提升。4）等静压：高压致密化理想工艺，效率提升或将大规模放量。5）高压化成分容：高压需求带动价值量提升。 # 2030年全固态电池设备市场空间或达277亿 不同下游对全固态电池的需求具有差异性，其中新能源汽车领域高端车型对安全性与续航里程有较强需求；储能领域对电芯成本与循环次数要求较高，短期内需求有限；具身智能、eVTOL、3C及其他领域由于体积限制，对能量密度要求更高，叠加用户体验升级等因素，成为全固态电池商业化落地的试验田，渗透率有望在30年率先突破 $10\%$ 。我们预测26-30年全固态电池需求量为3/10/35/74/145GWh，每年新增全固态电池需求量预计为3/7/25/39/71GWh；考虑稼动率、良率等因素影响，26-30年每年新增产能预计为6/12/39/58/92GWh，对应设备市场空间为28/55/156/202/277亿元。 # 我们与市场观点不同之处 市场更多关注材料路线尚未统一，而我们强调设备投资具备的更高能见度。在我们看来，设备环节不仅是全固态电池商业化的必要前提，也是率先出现产业化需求与订单兑现的环节。我们认为：（1）全固态电池设备能适配多种材料路线；（2）即便产业化进度略有延迟，设备验证与试产线建设已在加速推进，订单有望率先释放；（3）部分工序（如干法电极）与液态工艺存在兼容性，客户可提前导入设备以实现工艺迭代，并不完全依赖全固态大规模放量。 # 五大环节产品与客户进展较快的设备企业梳理 全固态电池设备五大环节中，具备核心技术储备、客户验证进展较快的设备企业有：1）干法电极：宏工科技、纳科诺尔、曼恩斯特；2）胶框印刷设备：利元亨、德龙激光、松井股份；3）无隔膜叠片设备：先导智能、利元亨；4)等静压设备：中航机载、先导智能；5）高压化成分容设备：杭可科技、先导智能、利元亨。 风险提示：技术进展不及预期、客户订单不及预期、原材料价格波动、市场空间测算不及预期、未覆盖标的不涉及推荐。 机械设备 增持 (维持) 电力设备与新能源 增持 (维持) 倪正洋 研究员 SAC No. S0570522100004 nizhengyang@htsc.com SFC No. BTM566 +（86）21 2897 2228 刘俊 研究员 SAC No. S0570523110003 karlliu@htsc.com SFC No. AVM464 + (852) 3658 6000 杨云逍 研究员 SAC No. S0570523070001 yangyunxiao@htsc.com SFC No. BV1795 +（86)21 2897 2228 陈爽* 研究员 SAC No. S0570524040001 chenshuang@htsc.com $+$ (86) 21 2897 2228 谭嘉欣* 研究员 SAC No. S0570525100005 tanjiaxin@htsc.com $+$ (86) 21 2897 2228 行业走势图 资料来源：Wind，华泰研究 重点推荐 股票名称 股票代码 目标价 (当地币种) 投资评级 先导智能 300450 CH 66.65 买入 曼恩斯特 301325 CH 66.56 买入 杭可科技 688006 CH 31.93 买入 资料来源：华泰研究预测 # 正文目录 # 投资要点 6 我们与市场观点不同之处 6 # 固态电池：材料颠覆性能，设备机遇浮现 固态电解质替换电解液，能量密度与安全性大幅提升. 7 设备投资能见度较高，工艺优化+规模化是降本主线 9 2027-2030年有望实现产业化 11 # 聚焦“干-胶-叠-压-压”，关注新增/升级带来的设备增量 13 前道-电芯制备（湿法工艺）：可沿用传统液态电池设备 15 前道-电芯制备（干法工艺）：重点关注干混/纤维化/成膜设备 17 干法电极01-粉料混合 19 干法电极02-纤维化：螺杆挤出机良率最高，气流粉碎机效率最高 21 干法电极03-成膜&复合：辊压机用量与性能要求提升 22 分条&模切：常与其他设备集成一体，固态电池需采用激光/超声波工艺. 24 界面复合：电解质与极片复合——电解质膜转印、电解质涂布、共辊同步制片 ..... 24 中道-电芯组装：关注胶框印刷/无隔膜叠片/等静压设备 25 胶框印刷：钢网印刷、UV打印、3D打印 25 叠片：叠片机用量增加，无隔膜叠片提升压力与精度要求 26 封装：固态电池或将以软包为主 28 等静压：高压致密化理想工艺，生产效率或成量产最大难题 30 后道-后处理：高压化成分容设备需求较大 32 化成分容：新增高压化成分容设备 33 检测：以充放电测试、电压/内阻测试为主，传统设备亦可用于固态电池检测. 35 模组/PACK：全固态电池或将推动模组产线取消 36 # 全固态电池设备：百亿空间下的五条主线 38 全球2030年全固态电池设备市场空间有望达到277亿元 38 设备投资五条主线：干法电极、胶框印刷、叠片、等静压、高压化成分容 39 干法电极设备 39 胶框印刷设备 41 无隔膜叠片设备 42 等静压设备 43 高压化成分容设备 44 # 投资建议：百亿市场空间，聚焦五条设备投资主线 46 风险提示 47 # 图表目录 图表 1: 半固态电池仍保留隔膜与少量电解液, 全固态电池取消隔膜与电解液 图表2：热失控机理/链式过程 8 图表3：传统锂离子电池已接近能量密度理论上限. 8 图表4：固态电解质热失控温度远高于液态电解质. 8 图表5：液态锂电池中锂枝晶容易刺穿隔膜 8 图表6：电池的能量密度由工作电压及比容量决定 9 图表7：常见正负极材料的电化学性能参数 图表8：全固态电池的核心优势来自于材料的革新，但优势兑现与产业化进程依赖设备突破. 9 图表9：半固态电池基本可沿用液态产线，全固态电池设备变化大但能见度相对较高. 10 图表 10: 2013 年至今锂离子电池价格下降受规模化与技术创新驱动 图表 11: 2024-2030 年电池价格预测 图表 12：全固态电池未来降本路线 ..... 11 图表 13：工艺优化与规模提升可带动制造费用与 BOM 成本下降. 11 图表 14：欧阳明高院士提出的以硫化物为主体电解质的轿车全固态电池技术路线. 11 图表 15：国内外全固态电池发展普遍以 $400\mathrm{Wh} / \mathrm{kg}$ 为目标,并计划于 2027-2030 年实现产业化 图表 16：全固态电池干法工艺与传统液态电池湿法工艺设备对比 图表 17：2030 年预计全固态电池干法工艺与传统液态电池湿法工艺单 GWh 设备价值量对比. 14 图表 18：全固态电池设备企业布局一览表 ..... 14 图表19：全固态电池湿法电极制备与传统液态电池相似. 15 图表20：液态电池匀浆搅拌环节示意图 15 图表21：液态电池涂布烘干环节示意图 15 图表22：液态电池辊压环节示意图 16 图表23：液态电池分切环节示意图 16 图表24：固态电解质湿法成膜技术根据基材不同可分为三种路线 16 图表25：正极支撑成膜示意图 16 图表26：干法电极混料时无需溶剂 17 图表 27：干法电极需要干法混料后进行成膜与复合,取消了涂布与烘干环节. 17 图表28：干法工艺占地面积小、投资成本低、节省能耗、减少污染，且制备的电极能量密度更高. 18 图表29：粘结剂原纤化法示意图 18 图表30：静电喷涂法示意图 18 图表31：干法电极制备流程包括粉料混合、纤维化、辊压成膜复合三大环节 19 图表32：湿法工艺将电极材料均匀分散到溶剂中 20 图表33：干法工艺将电极材料在低温中速下混合 20 图表34：带高速分散桨的双行星搅拌机 20 图表35：浙江软控双行星搅拌机适用于干法/湿法混料 20 图表36：高速分散机转子与定子之间存在剪切间隙 21 图表37：粉料在高速分散机中受到的剪切作用强度与频率更高 21 图表38：三元NCM正极材料原纤化示意图 21 图表39：硫化物固态电解质原纤化示意图 21 图表40：常见的三种纤维化设备：气流粉碎机、螺杆挤出机、开炼机 22 图表41：气流粉碎机、螺杆挤出机、开炼机优劣势对比 22 图表42：湿法工艺中辊压机主要用于将涂布后的极片压实 23 图表43：干法工艺中辊压机可用于成膜与热复合环节 23 图表44：特斯拉干法正极辊面受损 23 图表45：博路威X-Roll交叉辊压机轧辊硬度较高. 23 图表46：分切将较宽极片纵向切成若干条窄片 24 图表47：三合一模切机可同时完成极耳切割、V角切割与极片裁断 24 图表 48：电解质膜转印、电解质涂布、共辊同步制片是界面复合的三种主流路径. 25 图表 49: 全固态电池极片边缘在外部高压下容易变形, 导致内短路 ..... 25 图表 50：胶框印刷工艺在电极边缘制作回形框,起到支撑与绝缘作用. 25 图表51：利元亨通过高精度钢网在极片边缘印刷绝缘胶框 26 图表52：高能数造通过3D打印在极片边缘形成回形框 26 图表53：卷绕工艺示意图 26 图表54：叠片工艺示意图（Z字形叠片） 26 图表55：叠片工艺与卷绕工艺特点对比 27 图表56：卷绕工艺存在“C角”问题，内应力分布不均. 27 图表57：叠片工艺平面堆叠，内应力分布均匀 27 图表58：叠片工艺可分为分段叠片与一体化叠片 28 图表59：固态电池更适合单片叠片工艺 28 图表60：热复合叠片机或可用于全固态电池一体化叠片 28 图表61：动力电池根据封装形态可以分为圆柱、方形、软包电池 29 图表62：三种封装形式电池性能对比分析（单体性能） 29 图表63：三种封装形式电池性能对比分析（系统性能） 29 图表64：动力电池封装环节涉及多道焊接工序 30 图表65：软包电池内电解质/电极层致密化的三种主要方式 31 图表 66：等静压工艺按照成型温度不同,可分为冷等静压、温等静压和热等静压. 31 图表67：单轴辊压和等静压在集流体|正极|固态电解质三层样品上力的分布不同 32 图表68：干法电极压延、湿法多级辊压与等静压的各关键指标对比 32 图表69：软包动力锂电池后处理系统主要包括化成、分容、检测等环节 33 图表70：化成分容是后处理中最主要的环节 33 图表71：一台充放电机由若干个单元（BOX）组成 34 图表72：化成设备夹具示意图 34 图表73：分容设备极耳压合单元示意图 34 图表74：软包动力锂电池后处理产线检测环节以OCR与DCIR为主 35 图表75：瑞能股份现有产品可用于固态电池检测 36 图表76：多种测试功能往往集成于一体化设备 36 图表77：一种模组结构示意图（液态电池） 36 图表78：模组（电池组）生产工艺流程 36 图表79：一种由模组构成的PACK结构示意图（液态电池） 37 图表80：PACK（电池包）生产工艺流程 37 图表81：动力锂电池模组/PACK智能装配线工位设备与相关技术 37 图表82：全球2030年全固态电池设备市场空间有望达277亿元 38 图表83：设备投资五条主线产业链相关公司 39 图表84：清研宏工混合均质一体机 40 图表85：宏工科技在精细化工领域具备防潮防氧等物料处理经验 40 图表86：清研纳科干法辊压设备规格多样，可覆盖小试线到GWh级量产线生产需求 40 图表87：清研纳科干法双面成膜复合一体机 40 图表88：清研纳科干法双面成膜复合量产设备 40 图表89：曼恩斯特干法双螺杆纤维化机 41 图表90：曼恩斯特14辊压膜复合一体机 41 图表91：信字人干法成膜复合设备 41 图表92：信字人干法成膜复合设备成本低、效率高、能耗小、电极厚 41 图表93：德龙激光Axinite系列飞秒激光器 42 图表94：德龙激光飞秒激光精细加工设备 42 图表95：先导智能热复合叠片机 42 图表96：先导智能固态电池叠片设备已交付客户 42 图表97：利元亨固态电池胶框印刷&叠片一体机 43 图表98：利元亨胶框印刷样品 43 图表99：2024年以来国内外等静压设备企业进展（不完全统计） 43 图表100：川西机器提供超高压食品等静压机、冷等静压机、温等静压机、热等静压机 44 图表101：四川力能温等静压机（100-400MPa） 44 图表102：包头科发高压等静压机 44 图表 103：杭可科技高温加压夹具化成系统 ..... 45 图表104：杭可科技软包动力化成分容一体机 45 图表105：先导智能软包卧式高温加压化成机 45 图表106：先导智能软包分容一体机 45 图表 107: 利元亨高压化成分容设备 ..... 45 图表108：利元亨高压化成分容电源 45 图表 109: 重点公司推荐一览表 图表 110: 重点推荐公司最新观点 ..... 47 # 投资要点 全固态电池在能量密度、安全性、快充性能和低温适配性方面显著优于传统液态电池，已成为全球动力电池厂商与整车企业争夺的下一代核心技术方向。当前日韩车企（丰田、本田）、国内头部电池厂商（宁德时代、比亚迪）、以及新兴企业均在积极布局中试线或示范线，产业化节奏逐步加快。我们预计2027-2030年将成为全固态电池量产的关键窗口期。在此背景下，设备端作为最直接的“卖铲人”环节，将伴随每一轮产能建设同步放量，具备较高的成长能见度。根据测算，2030年全球全固态电池设备市场空间有望达到277亿元，2026-2030年CAGR近 $80\%$ ，设备环节有望率先兑现产业化红利。 与传统液态电池相比，全固态电池在工艺路径上发生重大改变，带动设备环节形成“干-胶-叠-压-压”五条主线：（1）干法电极：取消溶剂与烘干环节，厂房投资与能耗显著下降，同时可制备更厚电极，提高能量密度，对混料、纤维化和辊压设备提出更高精度与均匀性要求；（2）胶框印刷：无隔膜工艺下的新增必需环节，涉及激光制痕与UV打印，直接决定固态电芯的防潮与界面稳定性；（3）无隔膜叠片：取消隔膜后，极片定位与贴合精度要求提升，良率与效率成为核心考量；（4）等静压：为实现固态电解质与电极颗粒的致密化，需要在数百MPa的高压条件下成型，远超冶金、陶瓷领域的应用水平，是固态电池新增环节中技术门槛最高的一类；（5）高压化成分容：固态体系离子界面阻抗高，需要在60-80吨的压力下完成化成，远高于液态电池3-10吨的要求，设备单机价值量大幅提升。我们判断，全固态电池设备价值量将同时受益于新增环节增量与传统环节升级的双重驱动。 # 我们与市场观点不同之处 市场更多关注材料路线尚未统一，而我们强调设备投资具备的更高能见度。在我们看来，设备环节不仅是全固态电池商业化的必要前提，也是率先出现产业化需求与订单兑现的环节。我们认为：（1）全固态电池设备能适配多种材料路线；（2）即便产业化进度略有延迟，设备验证与试产线建设已在加速推进，订单有望率先释放；（3）部分工序（如干法电极）与液态工艺存在兼容性，客户可提前导入设备以实现工艺迭代，并不完全依赖全固态大规模放量。 此外，市场担忧固态电池成本高企、渗透率提升受阻，但我们认为工艺优化与规模化是降本主线，设备环节本身正是降本的关键抓手：干法减少溶剂与能耗，叠片精度提升良率，等静压提高成品率，高压化成保证寿命一致性，均直接作用于成本结构与性能释放。我们判断，设备投资将先于电池渗透率兑现。 # 固态电池：材料颠覆性能，设备机遇浮现 凭借着固态电解质完全替代电解液，我们认为全固态电池在安全与能量密度上具备颠覆性优势。当前产业化重心已从“材料科学”转向“生产工程”，设备成为其优势能否兑现的关键。与材料相比，设备可兼容不同技术路线，能见度更高。随着国内外产业化目标逐渐聚焦，半固态电池设备有望在2026年实现放量，而全固态电池设备有望在2027-2030年实现放量。 # 固态电解质替换电解液，能量密度与安全性大幅提升 固态电池可根据电解液含量分为半固态电池与全固态电池。液态电池中电解液含量（质量占比）一般在 $25\%$ 左右，而半固态电池中电解液含量占比在 $5\% - 10\%$ 左右，保留隔膜的同时并在上面涂覆固态电解质（如氧化物）。全固态电池电解液含量则为 $0\%$ ，其使用固态电解质完全代替电解液与隔膜，不仅可以容纳离子传输，也可以起到物理隔离正负极的作用。 半固态电池被视为全固态电池的过渡路线。固态电解质难以像液体那样高效填充电池内部空隙，实现与电极的大面积接触，从而限制了性能释放及寿命延展。半固态电池通过保留部分电解液，在一定程度上缓解了界面接触不足和工艺复杂的问题。成本上远低于全固态电池，设备与工艺上也基本与液态电池一致。然而，由于电解液仍然存在，半固态电池在应对热滥用、机械滥用、电滥用等苛刻测试条件下，安全性能提升有限，仍无法满足市场对于锂电池极高安全性能的预期。且电解液的存在使得锂金属负极难以应用，能量密度上限较低。 图表1：半固态电池仍保留隔膜与少量电解液，全固态电池取消隔膜与电解液 液态锂电池 半固态电池 全固态电池 隔膜 隔膜 隔膜+固态电解质涂覆 无 电解液含量(wt%) 25% 5-10% 0% 电解质 电解液（有机溶剂+锂盐） 固态电解质+电解液 硫化物、氧化物、聚合物等 正极 铁锂/三元材料等 铁锂/高镍三元等 铁锂/高镍三元/富锂锰基等 负极 石墨等 石墨/硅碳等 石墨/硅碳/锂金属等 能量密度 一般不超过300Wh/kg 一般不超过400Wh/kg 可达500Wh/kg以上 安全性 有机电解液易燃 电解液含量下降，安全性提高 无电解液，安全性大幅提高 资料来源：杜义贤《固态电池关键制造工艺及装备》，华泰研究 固态电池发展源于液态电池的“安全焦虑”与“续航焦虑”。1）安全方面，液态电池的有机电解液易燃易挥发、热稳定性差，一旦遭遇过充、短路或机械损伤，电解液会与电极发生剧烈副反应，释放大量热量和可燃气体，引发热失控甚至爆炸。此外，锂枝晶生长易刺穿隔膜导致内短路，进一步加剧安全隐患。根据中国证券报统计数据，2024年因“起火风险”被召回的新能源汽车里，超 $70\%$ 与电池有关。2）续航方面，液态电池能量密度已逼近理论极限（300Wh/kg），难以满足电动汽车长续航需求，且低温下电解液黏度增加导致电导率骤降，续航缩水显著。固态电池通过固态电解质替代液态体系，成为破解两大焦虑的关键技术。 图表2：热失控机理/链式过程 资料来源：EV视界，华泰研究 图表3：传统锂离子电池已接近能量密度理论上限 资料来源：张春英等《固态电池技术发展现状综述》，华泰研究 全固态电池使用固态电解质替代易燃电解液，热失控风险大幅降低，解决“安全焦虑”。全固态电池从材料体系上根除了传统锂电池因易燃有机电解液而固有的热失控风险。一方面，通过采用高热稳定的固态电解质替代易燃的电解液，从源头切断了燃烧链条；另一方面，固态电解质通常机械强度较高，能有效抑制锂枝晶（锂电池在放电过程中，锂离子还原形成的锂单质）穿刺引发的内部短路。 图表4：固态电解质热失控温度远高于液态电解质 资料来源：Approaching Practically Accessible Solid-State Batteries: Stability Issues Related to Solid Electrolytes and Interfaces, 华泰研究 图表5：液态锂电池中锂枝晶容易刺穿隔膜 资料来源：Spk9264 (wikipedia), 华泰研究 全固态电池兼容更高性能的正负极材料，能量密度大幅提升，解决“续航焦虑”。根据能量密度计算公式可知，电池能量密度 $=$ 工作电压 $\times$ 比容量。固态电解质拥有较宽的电化学窗口（电解质在电化学意义上不发生氧化或还原反应的电压范围），可以兼容高电压正极材料（如富锂锰基）的使用。同时，固态电解质可以抑制锂枝晶生长，提升高比容量负极材料（如锂金属）的可用性。高性能正负极材料的应用是全固态电池能量密度提高的根本原因。 图表6：电池的能量密度由工作电压及比容量决定 图表7：常见正负极材料的电化学性能参数 资料来源：华泰研究 材料类型 材料名称 理论容量 (mAh/g) 实际容量 (mAh/g) 电压平台(V) vs Li+/Li 正极材料 磷酸铁锂 170 140-150 3.2 高镍三元 280 - 3.7 富锂锰基 >350 >250 4.8 负极材料 石墨 372 300-345 0.1 硅碳负极 750-1500 - 0.2 锂金属 3860 - 0.0 注：硅碳负极比容量取决于硅含量,表中容量范围对应硅含量 10%-30% 资料来源：锂电材料，电池材料研究介绍，华泰研究 # 设备投资能见度较高，工艺优化+规模化是降本主线 固态电池成于材料，行于设备。当前各固态电池企业普遍将重心从“材料科学”的探索转向“生产工程”的攻坚，共同聚焦于全固态电池面临的一系列工程化难题。其中固固界面问题是公认的头号挑战，产业内一方面持续迭代正极、负极、电解质等主体材料的体相性能；另一方面通过设备与工艺优化，如通过辊压设备、等静压设备等实施高压致密化，以通过外力消除界面孔隙，优化界面接触。产业当前正通过中试线进行材料与设备验证，全固态电池的核心优势来自于材料的革新，但优势兑现与产业化进程依赖设备突破。 图表8：全固态电池的核心优势来自于材料的革新，但优势兑现与产业化进程依赖设备突破 资料来源：欧阳明高《全固态电池技术路线研判、材料创新、AI研发平台》,华泰研究 半固态电池基本沿用液态产线，全固态电池设备变化大但能见度相对较高。半固态电池由于保留部分电解液，其生产流程与液态电池差异不大，仅需根据固态电解质添加方式的不同增加电解质涂覆/原位固化所需设备即可。全固态电池设备相对而言变化较大，但其可适配多种材料路线，能见度较高：如前道湿法电极/干法电极均需要搅拌设备、辊压设备；中道由于固态电解质脆性较大，卷绕设备或将完全被叠片设备取代，而高压致密化所需辊压设备/等静压设备能见度较高；后道则对于高压化成分容的预期较为一致。除此之外，其他设备大多可兼容液态产线，与材料更迭的颠覆性相比，设备投资的能见度相对较高。 图表9：半固态电池基本可沿用液态产线，全固态电池设备变化大但能见度相对较高 环节 液态锂电 半固态 全固态 设备名称 工序 - 固液混合工艺 原位固化工艺 硫化物 氧化物 聚合物 - 前道 匀浆搅拌 ✓ ✓ ✓ 湿法(可选) 湿法(可选) 湿法(可选) 搅拌机 涂布烘干 ✓ ✓ ✓ 涂布机 干料混合、纤维化 ✓ 干法(可选) 干法(可选) 干混、纤维化设备 干法成膜、复合 干法成膜/复合设备 电解质涂膜 ✓ 电解质涂覆设备 辊压 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ 辊压机 界面复合 ✓ ✓ ✓ 转印/涂覆设备 中道 分条&模切 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ 分条模切机 激光制痕 可选 激光制痕设备 胶框印刷 ✓ ✓ 胶框印刷机 无隔膜叠片 ✓ ✓ ✓ 叠片机 焊接(极耳/金属壳) ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ 激光焊接设备 封装 ✓ ✓ ✓ 真空二封机 注液 ✓ ✓ ✓ 注液机 等静压 ✓ ✓ ✓ 等静压机 后道 高压化成分容 ✓ ✓ ✓ 高压化成分容设备 检测 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ 检测设备 模组/PACK ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ 模组/PACK设备 自动化物流 ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ 自动化物流设备 资料来源：杜义贤《固态电池关键制造工艺及装备》,华泰研究 复盘液态锂离子电池价格变化,能量密度提升与规模化是降本主线。根据BNEF数据统计,2013-2024年,全球锂离子电池加权平均价格由780$/KWh下降到139$/KWh,电芯价格从535$/KWh下降到107$/KWh;该统计的主要作者Evelina Stoikou认为,多年来锂离子电池价格下降主要由规模效应和技术创新驱动。2020年前后,CTP技术的应用提高了PACK包整体的能量密度,使得磷酸铁锂正极材料(成本较低、能量密度较低)的渗透率迅速提升,进一步降低电池成本。根据Goldman Sachs预测,2024-2030年电池价格下降将主要来自非电极材料,如其他组件(隔膜、集流体、壳体等)、运营费用与折旧摊销(人工/能源、厂房/设备折旧等)、PACK环节成本(结构件、冷却系统、BMS、人工等)等。 图表10：2013年至今锂离子电池价格下降受规模化与技术创新驱动 资料来源：BNEF，EVTank，华泰研究 图表11：2024-2030年电池价格预测 注：2024-2030年为预测值，左右轴均为电池价格（美元/KWh） 资料来源：Goldman Sachs，华泰研究 固态电解质是全固态电池的主要成本，未来通过材料降本与加工费降本或可实现固液同价。根据SSM今年4月份在CLNB2025上的分享，目前全固态电池生产成本主要来自于固态电解质（硫化锂在硫化物固态电池材料成本中占比超7成）；在采用8系高镍、 $10\%$ 硅碳掺杂、硫化物电解质LGPS路线（Li10)，且采用等静压工艺的情况下，当前全固态电池生产制造成本约为传统液态锂电池的6~8倍。通过材料降本（与供应商战略合作、材料创新、自研自产关键原材料等）与加工费降本（设备国产化、良率与节拍提高、规模化等），全固态电池成本有望与液态电池持平。 长期来看，全固态电池降本主要依靠工艺优化与规模化效应。考虑到材料价格受供给量的限制，未来全固态电池降本仍需不断优化工艺，并提高生产规模。具体而言，需要通过工艺优化（如降低电解质用量、提高活性物质占比、提高良率等）实现能量密度提升与生产成本下降，并通过提高生产规模来降低单位制造成本（根据锂电工程数据，液态电池产能从100GWh提升至500GWh，单位制造成本可下降 $20\% -25\%$ ）。 图表12：全固态电池未来降本路线 资料来源：SSM，华泰研究 图表13：工艺优化与规模提升可带动制造费用与BOM成本下降 资料来源：比亚迪锂电池CTO孙华军在中国全固态电池创新发展高峰论坛上的分享（2025年2月15日），华泰研究 # 2027-2030年有望实现产业化 2027年、2030年是材料体系升级&能量密度提升的两个关键节点。根据欧阳明高院士2025年2月份提出的以硫化物为主体电解质的轿车全固态电池技术路线，全固态电池的未来发展可以分为三代。2027年之前关注高镍正极+石墨/低硅负极，2030年之前关注高镍正极+硅碳负极，2030年之后关注高容量正极+锂负极。 1）第一代（2025-2027）：高镍正极+石墨/低硅负极+硫化物：以300Wh/kg为目标，攻克硫化物固态电解质，打通全固态电池的技术链。 2）第二代（2027-2030），高镍正极+高硅负极+硫化物：以400Wh/kg为目标，重点攻关高容量硅碳负极。 3）第三代（2030+），高容量正极+锂负极+硫化物：以500Wh/kg为目标，重点攻关锂负极，逐步向复合电解质（主体+补充电解质）、高电压高比容量正极发展（高镍、富锂、硫等）。 图表14：欧阳明高院士提出的以硫化物为主体电解质的轿车全固态电池技术路线 资料来源：欧阳明高《全固态电池技术路线研判、材料创新、AI研发平台》,华泰研究 国内外全固态电池发展普遍以400Wh/kg为目标，并计划于2027-2030年实现产业化。根据上述硫化物基轿车全固态电池技术路线的划分，2027年有望实现以高镍正极+硅碳负极为搭配的全固态电池产业化。从国内外车企/电池企业公布的产业化时间来看，2027年或成为全固态电池从实验室、中试线，逐步走向量产的关键一年。此外，从2024年工信部60亿元补贴进展来看，2027年上半年或为各项目量产时间节点。若2027年产业化进展顺利，有望带动更大规模设备投资。 图表15：国内外全固态电池发展普遍以 $400\mathrm{Wh / kg}$ 为目标，并计划于2027-2030年实现产业化 国家/地区 公司 正极 负极 主体电解质 能量密度目标 预计产业化时间 中国 宁德时代 高镍三元 锂金属/硅碳 硫化物 400Wh/kg 2027年 比亚迪 高镍三元 硅碳 卤化物/硫化物 400Wh/kg 2027年 一汽 高镍三元 硅碳 硫化物 400Wh/kg 2027年 卫蓝新能源 高镍三元 硅碳 聚合物/氧化物/硫化物 400Wh/kg 2027年 国轩高科 高镍三元 硅碳 硫化物 350Wh/kg 2027-2030年 上汽/清陶能源 锰基正极 锂金属/硅碳 聚合物/氧化物/卤化物 400Wh/kg 2026年 亿纬锂能 高镍三元 硅碳 硫化物/卤化物/聚合物 400Wh/kg 2028年 吉利 高镍三元 硅碳 聚合物/硫化物 400Wh/kg 2027年 中创新航 高镍三元 硅碳 硫化物 430Wh/kg 2027-2028年 孚能科技 高镍三元 硅碳 硫化物 400Wh/kg 2032年 恩力动力 高镍三元 锂金属 硫化物 400Wh/kg 2026年 上海屹锂 高镍三元 锂金属/硅碳 硫化物 450Wh/kg 2026年 赛科动力 高镍三元 硅碳 硫化物 400Wh/kg 2027-2028年 高能时代 高镍三元 石墨/硅碳 硫化物 220/420Wh/kg / 潍柴动力 高镍三元 硅碳 硫化物 400Wh/kg 2027年 长安汽车 高镍三元 硅碳 硫化物 400Wh/kg 2027年 日本 丰田 三元 石墨 硫化物 - 2026-2030年 本田 三元 - 硫化物 500Wh/kg 2025-2029 日产 三元 锂金属 硫化物 500Wh/kg 2028年 韩国 三星SDI 三元 银碳/硅碳 硫化物 390Wh/kg 2027年 SK On 三元 硅碳/锂金属 硫化物 430Wh/kg 2030年 LG 三元 硅碳/锂金属 硫化物 - 2030年 美国 Solid Power 三元 硅碳/锂金属 硫化物 400Wh/kg 2030年 Quantum Scape 三元 无锂 氧化物 380-500Wh/kg 2027年前后 Factorial Energy - 锂金属 硫化物 450Wh/kg 2026-2030年 资料来源：欧阳明高《全固态电池技术路线研判、材料创新、AI研发平台》,中关村新型电池技术创新联盟官网,汽车商业评论,华泰研究 # 聚焦“干-胶-叠-压-压”，关注新增/升级带来的设备增量 从整体流程看，动力电池生产线包括电芯产线与模组/PACK线两大部分。其中1）电芯产线：用以生产动力电池的最基本能量单元“电芯”，包括前道（电极制备）、中道（电芯组装）与后道（后处理）工序。2）模组/PACK线：生产出的电芯无法直接使用，需多个电芯通过串并联的形式组成模组（Module），进一步再组装成电池包（PACK），以满足不同电压和容量需求。 从细分工艺设备看，全固态电池生产设备在各流程中相比传统设备均有不同程度新增或升级。1）前道：电极/电解质制备可采用湿法/干法路线，湿法路线与液态电池湿法制备电极工艺类似。干法路线取消匀浆搅拌、涂布烘干设备，传统搅拌设备升级为干混设备、新增纤维化设备、成膜阶段在辊压机的基础上升级成膜&复合设备，新增界面复合设备（转印）。与此同时，前道需增加一条固态电解质制备线，设备上与电极制备差异不大，带动相关设备价值量提升（从原来的正极、负极共两条线，升级为正极、负极、电解质共三条线）。2）中道：新增胶框印刷设备（防止内短路），取消卷绕机、且传统叠片设备升级（固态电池不适合卷绕且无隔膜）、取消注液机（无电解液），新增等静压机（高压致密化）。3）后道：传统化成分容设备升级为高压化成分容设备。 总结而言，全固态电池聚焦“干-胶-叠-压-压”五大主线。全固态电池设备变化聚焦新体系下新增与升级的五大设备，分别为：1）干法电极设备（干）：体系完全改造升级，推动前道设备扩容；2）胶框印刷（胶）：新增设备，以满足极片绝缘与防潮需求；3）无隔膜叠片（叠）：传统设备升级，渗透率或将接近 $100\%$ ；4）等静压（压）：新增设备，以满足高压致密化需求；5）高压化成分容（压）：传统化成分容设备升级。 图表16：全固态电池干法工艺与传统液态电池湿法工艺设备对比 注：最右侧一列表示全固态电池干法工艺对比传统液态电池的设备变化， $\times / \sim / + / 0$ 分别表示取消/不变/升级/新增， $+ + + / 000$ 表示升级/新增且价值量变化较大资料来源：杜义贤《固态电池关键制造工艺及装备》，华泰研究 图表17：2030 年预计全固态电池干法工艺与传统液态电池湿法工艺单 GWh 设备价值量对比 环节 工序对比 价值量对比 液态电池 全固态电池 液态电池 全固态电池 弹性 数量(台/套) 单价(万元) 价值量(万元) 占比 数量(台/套) 单价(万元) 价值量(万元) 占比 价值量(万元) 占比 前道电极制备(40%--31%) 匀浆搅拌 干法混料 10 50 500 3% 15 300 4500 15% 4000 12% 纤维化 涂布烘干辊压 成膜&复合 2 1800 3600 23% 5 700 3500 12% -3600 -23% 分条&模切 2 300 600 4% 6 100 600 2% 2900 8% 转印 6 100 600 4% 1 600 600 2% 0 -2% 中道电芯组装(30%--43%) 胶框印刷卷绕or叠片封装注液等静压 1 300 300 1% 300 1% 无隔膜叠片封装 10 400 4000 25% 12 700 8400 29% 4400 3% - - 1000 6% - - 1000 3% 0 -3% 20 60 1200 8% 3 1000 3000 10% -1200 -8% 3000 10% 后道后处理(28%--26%) 化成分容检测模组PACK 1 3000 3000 19% 1 6000 6000 21% 3000 2% 高压化成分容检测 10 60 600 4% 10 60 600 2% 0 -2% 模组PACK 3 250 750 5% 3 250 750 3% 0 -2% 合计 15850 100% 29250 100% 13400 资料来源：杜义贤《固态电池关键制造工艺及装备》,高工锂电,华泰研究预测 我们认为随着全固态电池产业化加速，产业链相关设备公司将充分受益。其中布局干法电极、胶框印刷、无隔膜叠片、等静压、高压化成分容等设备的企业或将实现更高的收入弹性。我们梳理得到国内各环节主要厂商如下表所示，其中红色框线代表前述“干-胶-叠-压-压”五大主线涉及的设备。 图表18：全固态电池设备企业布局一览表 公司 代码 前道 中道 后道 干混&纤维化 成膜&复合 分条/模切 转印/涂覆 胶框印刷 无隔膜叠片 封装 等静压 高压化成分容 检测 模组PACK 宏工科技 301662 CH ✓ 软控股份 002073 CH ✓ ✓ ✓ 纳科诺尔 920522 CH ✓ ✓ 在研 曼恩斯特 301325 CH ✓ ✓ ✓ ✓ 在研 赢合科技 300457 CH ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ 先惠技术 688155 CH ✓ ✓ ✓ 璞泰来 603659 CH ✓ ✓ ✓ 在研 华亚智能 003043 CH ✓ ✓ 杭可科技 688006 CH ✓ ✓ ✓ 星云股份 300648 CH ✓ 联赢激光 688518 CH ✓ ✓ 德龙激光 688170 CH ✓ ✓ ✓ ✓ 松井股份 688157 CH ✓ 海目星 688559 CH ✓ ✓ ✓ 外采 在研 ✓ ✓ 利元亨 688499 CH ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ 先导智能 300450 CH ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ 注：绿色底纹代表公司具备该类设备，黄色代表该类设备正在研或外采，红色框线代表固态电池产线中新增/升级的设备资料来源：各公司官网/公告/官微，华泰研究 # 前道-电芯制备（湿法工艺）：可沿用传统液态电池设备 全固态电池湿法工艺与传统液态锂离子电池制备流程相同，前道均包含称料、匀浆搅拌、涂布烘干、辊压、分切等环节。 图表19：全固态电池湿法电极制备与传统液态电池相似 注：该流程为本田全固态电池示范生产线，图中显示的全固态电池分切、贴合、辊压工序并非固定顺序 资料来源：Demonstration Production Line for Honda All-Solid-State Batteries, 华泰研究 1）称料&匀浆搅拌：对原材料按比例称量后，通过搅拌混合制成浆料。其中液态锂离子电池电极制备的原材料包括正/负极活性物质、粘结剂、导电剂，而全固态电池往往还需额外加入固态电解质颗粒，以促进离子在固态电解质与电极之间迁移。固态电池浆料中固含量较高，微调搅拌设备工艺参数即可，整体可沿用传统液态电池设备，如搅拌机、高速分散机等。 2）涂布烘干：锂电池涂布烘干是将搅拌均匀的浆料均匀地涂覆在集流体上，并将浆料中的有机溶剂进行烘干的过程。该环节直接影响电池的一致性、容量和安全性。烘干过程通常分为预热、加热、恒速干燥和降速干燥四个阶段，需精确控制温度、风速、回风比等参数，以避免龟裂或掉粉。 图表20：液态电池匀浆搅拌环节示意图 注：负极/固态电解质匀浆搅拌设备相同，仅需改变材料即可 资料来源：驱动视界，华泰研究 图表21：液态电池涂布烘干环节示意图 资料来源：驱动视界，华泰研究 3）辊压：极片在涂布、干燥完成后，活性物质与集流体箔片的粘结强度很低，需要对其进行辊压以增强粘接强度。辊压可以降低电极内部孔隙率、提高能量密度、降低内阻。辊压需保证极片表面光滑和平整。 4）分切：是指把较宽的极片根据需要纵向裁切成较窄极片。主要要求是分条后的极片不能出现褶皱、脱粉，要求分条尺寸精度高等，同时极片边缘的毛刺小。 图表22：液态电池辊压环节示意图 资料来源：驱动视界，华泰研究 图表23：液态电池分切环节示意图 资料来源：驱动视界，华泰研究 根据薄膜成型时采用的基底材料的种类不同，可将固态电解质湿法成膜技术分为三种。 1）模具支撑成膜：常用于制备聚合物电解质膜及复合电解质膜。将固体电解质溶液倾倒在模具上（如PTFE板），随后蒸发溶剂，从而获得固体电解质膜，通过调节溶液的体积和浓度来控制膜的厚度。也可以将电解质的浆料涂覆到支撑物（如PTFE板、PET膜等）上成膜，之后再将电解质膜转移到复合电极或单独使用。这种技术可以结合热转印技术将制备的电解质薄膜覆盖到复合正极表面直接与负极参与叠片流程。 2）正极支撑成膜：常用于制备无机电解质膜及复合电解质膜。将固体电解质溶液直接浇在正极表面，蒸发掉溶剂后，在正极表面形成固体电解质膜。与模具支撑相比，正极支撑可以获得更薄的固体电解质膜和更好的界面接触。 3）骨架支撑成膜：常用于制备聚合物电解质膜及复合电解质膜。将固体电解质溶液注入骨架中，蒸发掉溶剂后，形成具有骨架支撑的固体电解质膜。按照是否具备离子传输能力将骨架分为惰性骨架和活性骨架。惰性骨架一般由高分子材料构成，不具备离子传输能力，通常仅用来提高固体电解质膜的机械性能。而活性骨架通常由具备离子导电能力的无机材料构成（如硫化物或氧化物），不仅提供结构支撑，还能形成连续离子通道，显著提升复合电解质的整体离子电导率与界面传输性能。 图表24：固态电解质湿法成膜技术根据基材不同可分为三种路线 资料来源：孙德业等《硫化物固态电解质膜的制备技术与挑战》，华泰研究 图表25：正极支撑成膜示意图 资料来源：翟喜民等《全固态电池生产工艺分析》,华泰研究 传统湿法工艺无法兼容硫化物固态电解质路线。对于当前相对主流的硫化物电解质路线而言，其电解质（如锂磷硫氯LPSCI）对极性有机溶剂（如NMP）极为敏感，遇溶剂易发生化学反应，生成有害的硫化氢（ $\mathsf{H}_2\mathsf{S}$ ），同时导致电解质离子电导率下降。因而若采用湿法工艺，则溶剂必须采用低极性的替代溶剂（如二甲苯）。另一种主流路线则是直接选用干法工艺，避免使用溶剂而对硫化物电解质的稳定性造成影响。 图表26：干法电极混料时无需溶剂 湿法电极 干法电极 活性物质 正极活性物质/负极活性物质 正极活性物质/负极活性物质 导电剂 炭黑、碳纤维、碳纳米管等 炭黑、碳纤维、碳纳米管等 粘结剂 PVDF（正极）、SBR+CMC（负极） PTFE（正、负极） 溶剂 NMP（正极）、去离子水（负极） 无需溶剂 资料来源：刘凝《干法成型电极技术的研究进展》，曼恩斯特，华泰研究 湿法工艺制膜均匀、适配卷对卷生产，但溶剂去除后会降低离子电导率，且面临环境、回收成本、安全性等方面的问题。湿法成膜技术可以实现电极与电解质薄膜的均匀制备，且与现有的锂离子电池生产线卷对卷工艺匹配度较高。但后续除溶剂过程会影响固态电解质与粘结剂的均匀分布，且面临溶剂用量大、回收成本高、溶剂闪点低（如二甲苯闪点约 $25^{\circ} \mathrm{C}$ ）、溶剂毒性对工人与环境影响大等问题。与此同时，粘结剂在去除溶剂后，其在薄膜结构中往往以绝缘致密层的形式出现，导致离子与电子的迁移能力下降。 # 前道-电芯制备（干法工艺）：重点关注干混/纤维化/成膜设备 干法电极制备没有溶剂参与，无需传统湿法工艺的涂布烘烤环节。传统液态锂离子电池中极片制备多数为湿法工艺，通过将粉体材料与溶剂混合制备成浆料后，经过涂布、干燥和溶剂回收等工艺制备电极。干法电极工艺是将粉末状的电极材料进行干法混合，并成形为自支撑或非自支撑的薄膜，随后通过辊压进行减薄与压实，并与集流体复合。 图表27：干法电极需要干法混料后进行成膜与复合，取消了涂布与烘干环节 资料来源：Advancements in Dry Electrode Technologies: Towards Sustainable and Efficient Battery Manufacturing, 华泰研究 # 干法电极具有环保、能量密度更高、节省成本等优势。 1) 环保：干法电极在制备时不需要使用 NMP 溶剂，避免了 NMP 的挥发性和毒性对环境、人体健康的潜在危害，且在建设新产能时，环保方面的审批会相对容易。 2）能量密度更高：一方面，干法工艺可制备更厚电极，提升活性物质比例。传统湿法电极厚度受限，主要因溶剂蒸发引发内外层应力差导致裂纹，且粘结剂迁移导致成分不均和脱层，干法无溶剂，可避免这些问题。另一方面，干法构建的纤维化网络，可实现更高压实密度，颗粒接触更紧密、机械强度更高，提升单位体积活性物质含量和能量密度。根据曼恩斯特数据，PTFE纤维化使磷酸铁锂、三元正极和石墨负极压实密度分别提高 $32.61\%$ 、 $8.38\%$ 和 $11.04\%$ ，电池能量密度提升约 $20\%$ ，且在循环性能、耐久性和阻抗表现更优。 3）节省成本：干法电极工艺无需涂布、烘干等工序，产线长度锐减超 $50\%$ ，节省了设备投资，同时减少了设备需要占用的面积。据LG Energy Solution表示，干法工艺可以降低 $17\% -30\%$ 的电池制造成本。 图表28：干法工艺占地面积小、投资成本低、节省能耗、减少污染，且制备的电极能量密度更高 资料来源：Advancements in Dry Electrode Technologies: Towards Sustainable and Efficient Battery Manufacturing, 电动中国, 华泰研究 干法电极制备主要有粘结剂原纤化法与静电喷涂法，其中粘结剂原纤化法是主流。与湿法工艺使用溶剂对电极材料进行混合包覆不同，目前干法工艺的技术实现主要包括粘结剂原纤化法及静电喷涂法：1）粘结剂原纤化法：通过高剪切力将粘结剂纤维化，使其将活性物质与导电剂紧密结合，形成具有强度的自支撑电极膜。在剪切力作用下粘结剂形成纤维的过程被称为“粘结剂原纤化”。2）静电喷涂法：利用带电粉末在电场作用下均匀沉积至集流体上，再通过热压使粘结剂融化固定、挤压成自支撑膜。美国和日本分别是粘接剂原纤化法和静电喷涂法工艺的领先国家，其中，Maxwell 和 Toyota 各是两种工艺的代表公司。静电喷涂法技术成熟度较高，但其在粉末厚度控制和均匀性方面存在更多局限性，其制备的电极膜在耐久性和柔韧性上不及原纤化法。行业普遍认为，由于在性能稳定性和可加工性上表现更优，粘结剂原纤化法逐渐成为主流路线。 图表29：粘结剂原纤化法示意图 资料来源：Progress in solvent-free dry-film technology for batteries and supercapacitors，《锂离子电池用无溶剂干法电极的制备及其性能研究》，华泰研究 图表30：静电喷涂法示意图 注：NMC/炭黑（导电剂）/PVDF（粘结剂）正极的静电干粉涂覆示意图资料来源：Solvent-free dry powder coating process for low-cost manufacturing of LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 cathodes in lithium-ion batteries, 华泰研究 具体来看，粘结剂原纤化法主要包括粉料混合、纤维化、辊压成膜三大环节。1) 混合环节： 需要将直径较大的颗粒更加粉碎，降低后续安全隐患，同时要保持低温状态，防止纤维化时间提前，让粘合剂分布的更加均匀。2）纤维化环节：需要注意不同材料的纤维化时间不同，进而达到工艺改进，另外纤维化过程阻力大，程度不均匀等也需要注意。3）辊压成膜复合环节：对设备的力度、精度、均匀度提出更高要求，这点在正极上尤为明显，正极粉体材料易碎，需要更大压力来压紧。 图表31：干法电极制备流程包括粉料混合、纤维化、辊压成膜复合三大环节 注：该流程为干法电极制备的一般流程示意图,其中造粒为非必需环节。对于全固态电池电极的干法制备,在混料环节还需加入固态电解质颗粒。 资料来源：曼恩斯特公众号，锂想生活公众号，华泰研究 硫化物+硅碳负极路线更适配干法工艺。硫化物材料稳定性较差，极易于水、氧等发生反应，且生成有毒及腐蚀性物质。干法电极零溶剂，杜绝硫材料与溶剂反应，极片干燥无残留，为硫化物电解质提供纯净环境。与此同时，PTFE纤维化三维网状结构可以为活性物质提供立体支撑，抑制充放电过程的体积膨胀，并通过机械锁扣效应增强电极韧性，提高循环寿命。 # 干法电极01-粉料混合 粉料混合是干法电极制备的第一步，低温混合有助于让PTFE分布更加均匀。固态电池干法电极制备的第一步是粉料混合，即将各种电极材料（包含活性物质、导电剂、粘结剂、固态电解质）按照一定比例进行混合，将直径较大的颗粒变得更加粉碎，降低后续安全隐患。与此同时，混合时要处于低温环境（一般为 $0 - 10^{\circ}C$ ），这种低温混合策略有助于保持PTFE处于玻璃态，防止其在混合过程中粘壁，并避免纤维化时间提前，以让PTFE分布更加均匀。与湿法相比，干法混料无需溶剂，无需后续涂布烘干、溶剂回收等环节，节省能耗且降低成本，但如果分散不均匀则会影响电池性能。 图表32：湿法工艺将电极材料均匀分散到溶剂中 资料来源：Advancements in Dry Electrode Technologies: Towards Sustainable and Efficient Battery Manufacturing, 华泰研究 图表33：干法工艺将电极材料在低温中速下混合 注：固态电池干法电极混料时还需加入固态电解质颗粒资料来源：曼恩斯特公众号，华泰研究 干法工艺中混料、纤维化环节多集成于同一设备。多数设备企业将粉料混合与纤维化集于同一设备，如浙江软控的双行星搅拌机、高速分散机，清研宏工的混合均质一体机（原理与双行星搅拌机相同），赢合科技的固态干法分散+纤维化一体设备等等。除此以外，也有设备企业将混料与纤维化在不同的设备上实现，如曼恩斯特通过强力混合机、VC高效混合机、双运动混合机实现干法混料，而后再通过双螺杆挤出机、气流粉碎机等实现纤维化。 双行星搅拌机主体由慢速搅拌桨与高速分散桨组成，材料适应性好，但分散效率较低。双行星搅拌机的工作原理是使用 $2\sim 3$ 个慢速搅拌桨做公转和自转相结合的运动，使得桨叶的运动轨迹能够覆盖整个搅拌桶内的空间。随着技术的进步，一些双行星搅拌机在原有慢速桨的基础上增加高速分散桨，利用齿盘的高速旋转形成强的剪切作用，对已经初步混合好的浆料进行进一步的分散。双行星搅拌机的优势是能够适应不同的材料特性，劣势是效率较低、单位能耗较高，且搅拌桶体积越大、越难达到均匀分散的效果。 图表34：带高速分散桨的双行星搅拌机 资料来源：锂电笔记头条号，华泰研究 图表35：浙江软控双行星搅拌机适用于干法/湿法混料 资料来源：浙江软控官网，华泰研究 高速分散机的主体部分由转子与定子组成，剪切速率更高。高速分散机的工作原理是利用高速旋转的转子所产生的高切线速度与高频机械效应，使物料在定子（分散桶）于转子（分散轮）的狭窄间隙（2mm左右）中受到强烈的综合作用（如机械及液力剪切、离心挤压、液层摩擦、撞击撕裂等），从而使不相溶的固相、液相在相应成熟工艺和适量添加剂的共同作用下，瞬间均匀精细的对粉料进行分散均化，经过高频的循环往复，得到稳定的高品质粉料。与普通搅拌机相比，通过转子的高速旋转（线速度10-50m/s)，高速分散机能够实现非常高的剪切速率（20000-100000m/s）。 高速分散机对粉料的分散效果与效率更好，单台高速分散桨约能替代2-3台搅拌机。在搅拌过程中，双行星搅拌机只有在搅拌桨的端部区域，粉料才会受到强的剪切作用，导致粉料收到的高剪切作用频率很低，而高速分散机中粉料在整个区域内都能受到强剪切作用，因而大幅提高了粉料的分散效果与频率。根据浙江软控官网资料显示，一台高速分散机大约可以替代2-3台搅拌机，设备占地空间较小，设备投资降低 $30\%$ ，且能耗降低 $60\%$ 。此外，高速分散机能够提高粉料均匀度/分散度，使粉体颗粒与粘合剂接触均匀，产出粉料细度较高。 图表36：高速分散机转子与定子之间存在剪切间隙 资料来源：Mixing methods for solid state electrodes: Techniques, fundamentals, recent advances, and perspectives, 华泰研究 图表37：粉料在高速分散机中受到的剪切作用强度与频率更高 资料来源：锂电笔记头条号，华泰研究 # 干法电极02-纤维化：螺杆挤出机良率最高，气流粉碎机效率最高 纤维化是干法电极制备的第二步，PTFE经过高速剪切形成三维网络结构，将混合材料均匀包裹，承担了湿法中溶剂“分散+连接”的作用。原纤化法将电极活性物质、导电剂和PTFE混合在一起，通过高速剪切、加热等工艺手段，使粘结剂在剪切力作用下发生线性形变，形成纤维丝，而在纤维网络强化后，这些纤维状的粘结剂相互交织，形成三维的网络结构，从而将电极活性材料和导电剂颗粒均匀地包裹在一起，从而能有效地抑制在循环过程中活性物质的膨胀并防止其从集流体上脱落。而造粒过程使得这些混合材料进一步变为1-2mm的小颗粒，为后续均匀连续成膜奠定基础。最终通过热压形成自支撑电极膜或电解质膜。 图表38：三元NCM正极材料原纤化示意图 资料来源：高能数造头条，华泰研究 图表39：硫化物固态电解质原纤化示意图 资料来源：高能数造头条，华泰研究 原纤化过程对设备对剪切力和温控能力要求极高，核心设备包括气流粉碎机、螺杆挤出机和开炼机。原纤化过程受设备和生产参数影响显著，并对电池性能有重要影响。如果原纤化不足，可能导致无法成膜，或由于粘结剂团聚而增加膜的阻抗。常用于原纤化的设备主要有三种，其中，气流粉碎机的工作效率最高，而螺杆挤出机的良率最高。 1）气流粉碎机（Jet Mill）：压缩空气通过喷嘴高速射入粉碎腔后，活性物质及粘接剂混合物通过进料口到达粉碎腔。混合物在高压气流的作用下相互碰撞粉碎实现原纤化，最后混合物随气流上升至分级腔，在辊压设备作用下形成自支撑膜。进料速度、粉碎压力和注射压力都会影响电极膜的拉伸强度和阻抗。Maxwell的研究表明，随着进料速度和注射压力的降低，干法原纤化粉末的电阻会上升；而随着粉碎压力的增加，电阻会降低。气流粉碎机的优势是生产效率高、颗粒控制性较强、粉体均匀性好；劣势是能耗较高、设备成本较高、剪切力过强可能会破坏活性材料颗粒完整性。 2）螺杆挤出机（Screw Extruder）：混料自料口进入螺杆充满螺槽后，会在旋转的螺杆作用下在料筒内壁和螺杆表面不断被压实、搅拌以及混合。在压缩段结束处，螺杆会将混合均匀的物料按要求挤出机头，在机头中混合物会被塑成电极膜并送离挤出机。螺杆挤出机的优势是良率高、生产效率高、粉体均匀性好；劣势是设备维护麻烦、材料适应性弱、造粒后打散可能引入面密度不均问题。 3)开炼机(Roll Mill):两个相对回转的辊筒对物料产生挤压后，由于两个辊筒的速比不同，可以产生对混料产生剪切力，速比越大剪切力越强。在辊筒的高剪切力下，混合物内部的分子链会被打断，实现均匀的混合，多次往复后在粘接剂原纤化的作用下即生成电极膜。开炼机的优势是材料适应性强、操作简单；劣势是生产效率较低。 图表40：常见的三种纤维化设备：气流粉碎机、螺杆挤出机、开炼机 资料来源：Progress in solvent-free dry-film technology for batteries and supercapacitors, 华泰研究 图表41：气流粉碎机、螺杆挤出机、开炼机优劣势对比 设备名称 优势 劣势 气流粉碎机 1）生产效率高；2）颗粒控制性强；3）粉体均匀性好 1）能耗较高；2）设备成本较高；3）剪切力过强，可能会破坏活性材料颗粒的完整性 螺杆挤出机 1）良率高；2）生产效率高；3）粉体均匀性好 1）设备维护麻烦；2）材料适应性弱；3）往往需要造粒后再打散，可能引入面密度不均匀问题 开炼机 1）材料适应性强；2）操作简单 1）生产效率较低 资料来源：鑫椤锂电，粉体网，华泰研究 # 干法电极03-成膜&复合：辊压机用量与性能要求提升 湿法工艺中辊压机主要用于涂布后的极片压实，干法工艺中辊压机可用于电极成膜与热复合环节，用量明显提升。辊压工艺的质量直接决定了电极的压实密度和孔隙结构，进而影响电池性能。在粘结剂原纤化法路线中，辊压机可应用于电极成膜和热复合环节，设备用量明显提升。1）成膜：材料纤维化后通过第一次辊压形成自支撑膜，随后通过多级辊压进行减薄与压实；2）热复合：在高温高压下，将形成的自支撑膜与集流体紧密结合。 图表42：湿法工艺中辊压机主要用于将涂布后的极片压实 资料来源：Advancements in Dry Electrode Technologies: Towards Sustainable and Efficient Battery Manufacturing, 华泰研究 图表43：干法工艺中辊压机可用于成膜与热复合环节 资料来源：Advancements in Dry Electrode Technologies: Towards Sustainable and Efficient Battery Manufacturing, 华泰研究 干法电极制备提升辊压机对厚度控制、压力均匀性、压力大小的要求。当前辊压设备面临两大困境，1）正极困境：干法辊压中，活性较高的正极材料易发生化学变化，且辊压后自支撑膜的掉粉现象严重，这对辊压机的厚度控制与压力均匀性提出了更高要求；2）内阻困境：干法电极制备中不使用溶剂，会出现固固界面阻抗过大的问题，需要通过更大外力来抵消固固分子间的力，因而干法电极制备需要更大压力的辊压机，如特斯拉采用的SACMI2000辊压机的最大压力可达3500吨，而传统湿法辊压机的压力往往不足100吨。 干法正极难度较高，主要在于硬质粉料易对轧辊造成损伤，可通过提高轧辊硬度或降低辊压压力加以应对。负极材料（如石墨、硅碳等）质地相对柔软，干法辊压难度较低。而正极材料（如磷酸铁锂、NCM等）相对较硬，高速辊压极易导致轧辊发生形变。而此前特斯拉4680大圆柱电池正是被干法正极难题困扰多年，其轧辊主要采用不锈钢镀铬的材质，在高速辊压下辊面受损，严重干扰生产进度。如今国内设备厂商主要采用钬高轧辊硬度、降低辊压压力等方式解决这一问题，如博路威自研干法电极设备轧辊硬度极高，达到HRC（洛氏硬度）67-68水平，可根除轧辊受损、形变问题；而清研电子则采用“高剪切+小压力”的方式，在实现有效成膜的同时避免对设备造成过度损伤。 图表44：特斯拉干法正极辊面受损 资料来源：高工锂电，华泰研究 图表45：博路威X-Roll交叉辊压机轧辊硬度较高 资料来源：高工锂电，博路威官网，华泰研究 固态电池辊压设备价值量弹性较大。在传统液态锂离子电池生产过程中，单GWh产能一般需配备2台辊压机（正、负极各一台），单台价值量在百万级别。而在固态电池干法电极制备过程中，考虑辊压设备性能提升、固态电解质增加辊压设备，且成膜与热复合都需要辊压，固态电池干法路线或将大幅提升辊压设备价值量。 分条&模切：常与其他设备集成一体，固态电池需采用激光/超声波工艺 分切把较宽极片纵向切成短片，模切把极片裁切成单体极片用于后续叠片。1) 分切/分条：把较宽的整卷极片连续纵向切割成若干条符合所需宽度的窄片。分切后的极片需确保无褶皱、脱粉现象，对分切尺寸的精度要求极高，同时极片表面要保持光滑平整，边缘毛刺要尽可能小。2) 模切：将分条好的卷状正负极片按照工艺要求完成圆角/N角切割、极耳成型，并裁切成单体极片（用于叠片）或成卷极片（用于卷绕），单体极片四周毛刺需严格控制。 图表46：分切将较宽极片纵向切成若干条窄片 资料来源：驱动视界，华泰研究 图表47：三合一模切机可同时完成极耳切割、V角切割与极片裁断 资料来源：亿鑫丰郭威锂电池装备视频号，华泰研究 分条/模切环节多与其他工序集成，固态电池多采用激光分条/模切。为减少中间转运环节，提高产品一致性与良率，设备厂商通常将分条、模切与其他设备集成。如赢合科技的激光模切分切一体机、激光切叠一体机，利元亨的干法辊压分切一体机等。传统机械切割方式不适用于较脆的固态电池复合电极，需要使用激光分切控制毛刺水平，提升电芯性能。此外，由于干法电极所承载的活性物质更多，为极片边缘留有的空间冗余更小，对裁切工艺要求更高，建议关注激光冷切、超声波裁切等技术路线。 界面复合：电解质与极片复合——电解质膜转印、电解质涂布、共辊同步制片 界面复合本质是让极片膜与固态电解质膜结合的过程，电解质膜转印、电解质涂布与共辊同步制片是三种主流路径。 1）电解质膜压制转印：电解质单独制膜后，通过热压方式转印到电极片上。其优点是干法工艺、无溶剂干扰，材料适配性强，界面化学稳定性较好；且制膜、电极制备分开，有利于分段质量控制。但因其界面为物理接触，粘结力较弱，可能产生分层；转印边缘易出现“二次接触”瑕疵。 2）电解质直接涂布：将含电解质的浆料直接涂布在电极上并干燥固化。工艺相对简单，设备成熟度高。但存在溶剂残留、与硫化物电解质不兼容的化学稳定性问题；同时，涂布均匀性及厚度控制难度大，界面质量依赖浆料配方。 3)电解质与电极共轭同步制片：电解质和电极材料同时通过共轧压制，形成一体化复合层。这是一种完全干法，无溶剂引入；在应力作用下形成“纤维网络”嵌合，界面致密性和结合强度最佳，孔隙率最低。但此工艺对温度、压力控制精度要求极高。 图表48：电解质膜转印、电解质涂布、共辊同步制片是界面复合的三种主流路径 界面复合路径 优势 劣势 代表企业 电解质膜压制转印(干法) 1)干法工艺、无溶剂干扰 1)界面为物理接触,粘结力较弱,可能产生分层 先导智能、利元亨、赢合科技 2)材料适配性强 3)界面化学稳定性较好 2)转印边缘易出现“二次接触”瑕疵 4)电解质膜/极片膜制备分开,有利于分段质量控制 电解质直接涂布(湿法) 1)工艺相对简单 1)溶剂残留 曼恩斯特 2)设备成熟度高 2)与硫化物电解质不兼容 3)涂布均匀性及厚度控制难度大 4)界面质量依赖浆料配方 共轭同步制片(干法) 1)干法工艺、无溶剂干扰 对温度、压力控制精度要求极高 - 2)界面致密性和结合强度最佳 3)孔隙率最低 资料来源：高工锂电，利元亨，华泰研究 # 中道-电芯组装：关注胶框印刷/无隔膜叠片/等静压设备 在电极与固态电解质膜制备完成后，需要使用胶框印刷工艺来避免后续极片在高压下的内短路问题。由于固态电解质脆性较高，无法使用卷绕工艺，因而全固态电池通过叠片工艺将极片与电解质膜堆叠起来。在封装形式上，软包因其材质特性，可以适应电池在充放电过程中的体积变化，且具备“鼓胀”缓冲能力，因而或与全固态电池更加适配。最后可采用等静压设备进行高压致密化处理，从而降低孔隙率、提高电池能量密度。 # 胶框印刷：钢网印刷、UV打印、3D打印 取消隔膜后，极片在高压下其边缘容易变形，导致内短路，印刷胶框可以起到支撑与绝缘作用。全固态电池取消隔膜后，极片在高压（如热压、等静压等）下易发生边缘变形，导致正负极接触短路，目前市场主流的解决方案是在电极边缘制作回形绝缘胶框，起到支撑、绝缘与防潮作用。 图表49：全固态电池极片边缘在外部高压下容易变形，导致内短路 注：该图为横切面，红圈部分为高压下易发生边缘变形的位置资料来源：杜义贤《固态电池关键制造工艺及装备》，华泰研究 图表50：胶框印刷工艺在电极边缘制作回形框，起到支撑与绝缘作用 注：该图为横切面，紫色部分为回形胶框资料来源：杜义贤《固态电池关键制造工艺及装备》，华泰研究 # 胶框印刷设备为新增设备，主流路线包括钢网印刷、UV打印与3D打印。 1）钢网印刷：通过高精度钢网在极片负极边缘印刷绝缘胶框，形成回形结构隔离正负极。该路线控制精度高、生产节拍快（单片印刷时间 $< 2\mathrm{s}$ ）、尺寸灵活（设备可适配不同尺寸极片）。代表企业为利元亨。 2）UV打印：首先在极片四周用激光制痕设备刻蚀出凹槽，然后向凹槽内注射UV胶并利用紫外光照射，使UV胶固化并附着在极片边缘，起到支撑与绝缘作用。打印绝缘层，属于无接触加工，但打印速度较慢、工艺稳定性待验证且设备成本较高。代表企业为德龙激光、联赢激光等。 3) 3D打印: 通过3D打印设备将框胶材料打印在电极极片周围或电解质表面, 在极片或电解质边缘形成回形框。该路线材料适配性较好（卤化物和硫化物化学稳定性欠佳，对胶框材料适配性有较高要求）、精度较高（微米级别）、尺寸灵活（可定制胶框形状与尺寸），且适配卷对卷生产工艺，改造成本较低、生产效率较高。代表企业为高能数造。 4）其他：预制胶框转印需预先制备胶框后热压或粘接转印，胶框厚度均匀、但良率受极片平整度影响；点胶采用高精度点胶阀喷射绝缘胶水，设备成本低但精度差且固化时间长。 图表51：利元亨通过高精度钢网在极片边缘印刷绝缘胶框 资料来源：利元亨专利《固态电池极片胶框覆合方法、装置及叠片设备》,华泰研究 图表52：高能数造通过3D打印在极片边缘形成回形框 资料来源：高能数造头条，华泰研究 # 叠片：叠片机用量增加，无隔膜叠片提升压力与精度要求 卷绕与叠片工艺是当前动力锂电池制造的两种主流路线。传统卷绕工艺通过将极片与隔膜卷绕成圆柱或方形结构实现电芯制造，其优势在于设备成熟度高、生产效率高、投资成本低、电芯一致性好等优势，但存在"C角"应力集中、金属沉积不均等固有缺陷，导致能量密度提升受限且易引发内部短路。相比之下，叠片工艺采用极片与隔膜层状堆叠方式，能量密度高、安全性高、内阻较低、循环寿命较长，但存在生产效率慢、良率较低、投资成本较高等问题。 图表53：卷绕工艺示意图 资料来源：Fast Forward Science，华泰研究 图表54：叠片工艺示意图（Z字形叠片） 资料来源：Fast Forward Science，华泰研究 图表55：叠片工艺与卷绕工艺特点对比 叠片 卷绕 能量密度 较高（空间利用率更高） 较低（存在C角，容量越大利用率越低） 结构稳定 较高（内部结构统一，反应速率相对一致） 较低（存在C角，导致充放电内部反应程度速率不均匀） 快充适应 较好（多极片并联，内阻较低，可在短时间内完成大电流的充放电，电池的倍率性能较高） 较差（充放电过程中，高温位置活性物质劣化速度加快，其他位置快速衰减） 安全性 较高（应力分布更一致，可保持界面平整，稳定性更高） 较低（折弯处容易掉粉、毛刺、极片膨胀、隔膜拉伸等潜在问题） 循环寿命 较长（内阻较低，快充过程中缓解电池发热，提高电池化学系统稳定性延长使用寿命） 较短（后期易变形，进而影响电池的循环寿命） 生产效率 较低（一般在6-8PPM） 较高（一般在12-13PPM） 良率 较低（毛刺问题突出） 较高（自动化程度更高） 工艺成熟度 较低（极片数量多，设备投资大） 较高（极片数量少，设备配套成熟，投资成本低） 资料来源：锂和我公众号，华泰研究 叠片工艺或成为全固态电池唯一解，带动叠片设备需求增长。全固态电池有望全面采用叠片工艺，核心原因在于：其一，固态电解质脆性大，卷绕工艺产生的机械应力会导致电解质断裂，而叠片工艺的高压致密化处理能保证结构稳定性；其二，卷绕工艺会产生“C角”问题，即极片边缘的弯曲部分使得电池内部应力分布不均，这会导致由产热不均而增加热失控风险，但叠片工艺采用平面堆叠，可以让极片应力分布均匀，同时使固态电解质与电极的接触更稳定，降低热失控风险。根据新能源电池制造公众号数据，2024年动力电池叠片工艺渗透率不及 $40\%$ ，未来随着全固态电池产业化推进，叠片设备需求将大幅提升。 图表56：卷绕工艺存在“C角”问题，内应力分布不均 资料来源：朱玉龙《锂电池电芯装配技术》，华泰研究 图表57：叠片工艺平面堆叠，内应力分布均匀 资料来源：朱玉龙《锂电池电芯装配技术》，华泰研究 按照裁片与叠片的先后顺序，叠片工艺可分为分段叠片与一体化叠片。分段叠片沿用液态电池叠片工艺，将正极、固体电解质层和负极裁切成指定尺寸后按顺序依次叠片后进行包装；一体化叠片是在裁切前将正极，固体电解质膜和负极压延成3层结构，按尺寸需求将该3层结构裁切成多个“正极-固体电解质膜-负极”单元，并将其堆叠在一起后进行包装。对于全固态电池而言，堆叠一起的各组件之间会存在各种界面问题。针对聚合物全固态电池，可以通过加热解决聚合物电解质膜同正负极间的界面电阻；而对于氧化物和硫化物电解质膜，则需要进行压制处理（如等静压工艺）改善固体电解质与电极之间的机械接触。 图表58：叠片工艺可分为分段叠片与一体化叠片 注：上方为分段叠片，下方为一体化叠片。资料来源：翟喜民等《全固态电池生产工艺分析》，华泰研究 固态电池不适配Z形叠片工艺，单片叠片/热复合叠片设备精度与稳定性要求提升。对于分段叠片而言，由于取消隔膜，且固态电解质具有脆性的特点，因而传统液态锂离子电池制备中常用的Z字形叠片工艺无法使用，而是需要采用单片叠片工艺，由多对机械手同时完成正极、负极、电解质膜的叠片。由于只能单片叠，且没有隔膜作为连接，所以对叠片设备的精度与稳定性要求大幅提升。对于一体化叠片而言，传统液态电池所用的热复合叠片机可以避免Z字形叠片导致的隔膜变形问题，其在生产过程中连续单方向输送，速度、张力控制稳定，或可用于全固态电池一体化叠片。 图表59：固态电池更适合单片叠片工艺 注：该图为传统液态锂离子电池单片叠片工艺，其中隔膜、正极极片、负极极片单独放置并依次叠放。全固态电池生产则将取消隔膜，并增加固态电解质膜。资料来源：Fast Forward Science，华泰研究 图表60：热复合叠片机或可用于全固态电池一体化叠片 资料来源：锂电派，华泰研究 # 封装：固态电池或将以软包为主 方形、圆柱、软包是主流的动力电池三大封装方式。圆柱、方形电池采用金属材料作为外壳，可统称为硬壳电池，而软包电池则采用铝塑膜作为外壳。1）圆柱电池：通常将正负极与隔膜被卷绕到负极柱上，以钢壳或铝壳进行封装，之后注入电解液，再封口；2）方形电池：通常使用卷绕或者叠片制造，是目前市场占比最高的产品结构；3）软包电池：通常采用铝塑膜包装，即在液态锂离子电池套上一层聚合物外壳。常使用卷绕或者叠片制造。 图表61：动力电池根据封装形态可以分为圆柱、方形、软包电池 资料来源：优米学公众号，华泰研究 三种封装形式的电池各有优劣。圆柱单体能量密度较低，模组需要电芯较多，重量较高，突出特点是一致性好、生产效率高和成本低；方形电池是国内的主流封装形式，能量密度较高，突出特点是成组效率为三种形式中最高，但一致性较低；软包电池的性能最好，但其在国内应用较少，主要因一致性低、铝塑膜依赖进口、成本高。 图表62：三种封装形式电池性能对比分析（单体性能） 资料来源：华泰电新《电池极片叠卷相争，封装三足鼎立》（2022年7月8日），华泰研究 图表63：三种封装形式电池性能对比分析（系统性能） 资料来源：华泰电新《电池极片叠卷相争，封装三足鼎立》（2022年7月8日），华泰研究 从安全性与能量密度角度出发，软包或与固态电池更加适配。主要原因如下：1）为体积变化提供空间：硫化物是全固态电池电解质的相对主流选择，其柔韧性较差，而软包封装可为充放电过程中的体积变化提供空间。2）发热后有鼓胀缓冲，安全性较高：一旦内部发热，软包电池会出现鼓胀，从电池表面最薄弱的部位鼓开，不会产生剧烈爆炸，安全性相对较高。3)更轻巧、能量密度更高：此外，由于软包封装采用的是铝塑膜外壳，相比采用钢铝外壳的方形、圆柱封装更为轻巧，有利于电池能量密度的提升。 多家企业已将软包应用于固态电池产品。据高工锂电公众号2024年8月27日《软包、方形、大圆柱，谁是固态电池封装“最优解”？》：1）LG新能源表示，由于其团队选择基于硫化物电解质的全固态技术路线，在电芯成型、系统应用过程中均需施加额外压力，采用软包封装更为容易，从而有效促进离子移动，提升电池整体性能。相比之下，提高方形电池的压力过程复杂、成本昂贵；2）此外，宁德时代、孚能科技、国轩高科、赣锋锂电、卫蓝新能源、广汽昊铂等多家企业已将软包封装应用于部分半固态、全固态电池产品上。随着叠片效率不断提高，“叠片+软包”有望在成本上获得优势，进一步助力固态电池产业化。 动力电池封装中多道工序涉及激光焊接。在动力电池的生产中，使用激光焊接的环节主要包括：1）中段工艺（5道工序)：极耳的焊接（包括预焊接）、极带的点焊接、电芯入壳的预焊、外壳顶盖密封焊接、注液口密封焊接等；2）后段工艺(2道工序)：包括电池PACK模组时的连接片焊接，以及模组后的盖板上的防爆阀焊接等。 图表64：动力电池封装环节涉及多道焊接工序 资料来源：华泰证券《联赢激光：锂电池激光焊接解决方案领先提供商》（2022年4月27日），联赢激光官微《科普：揭秘动力电池激光焊接》，华泰研究 # 等静压：高压致密化理想工艺，生产效率或成量产最大难题 在干法工艺中，固固界面相容性较差，堆叠后需要致密化技术以降低孔隙率。正负极与电解质之间不良的界面接触无法确保离子的有效传输，可能造成空隙或物理剥离，导致电池循环的稳定性差、充放电效率降低。为了对软包电池的电解质/电极层进行致密化，通常使用三种方法完成：连续线压制、单轴面压制和等静压压制。 1）连续线压制（单轴辊压）：线压/压延是减少孔隙率的最常用方法，这主要是由于其高通量和易于扩展性。但ASSB致密化所需的高制造压力（超过300MPa）通常会导致SSE和电极层出现严重的不均匀性，有时还会导致片材发生机械裂纹。 2）单轴面压制：是用于ASSB致密化的主要方法，可以在软包电池封装之前或之后进行。单轴致密化在实验室规模上效果很好，但难以对大尺寸软包电芯进行有效致密化，因为所需的吨力随电芯面积线性增长，进而需要更大吨位的液压设备。 3）等静压压制：等静压技术利用液体/气体介质不可压缩且能均匀传递压力的特性，将待加工的电池材料置于高压容器内，使其在各个方向上承受大小一致的压力，促使材料内部颗粒重排、孔隙减少，从而实现ASSB致密化。 图表65：软包电池内电解质/电极层致密化的三种主要方式 资料来源：Scaling up high-energy-density sulfidic solid-state batteries: A lab-to-pilot perspective, 华泰研究 等静压技术最早用于粉末冶金领域的粉体成型，根据温度不同，可分为冷等静压、温等静压和热等静压。等静压技术已有70多年的历史，初期主要应用于粉末冶金的粉体成型，近20年来，等静压技术已经广泛应用于航空航天、军工、高性能材料等各种领域。按成型温度不同，可分为冷等静压（CIP）、温等静压（WIP）、热等静压（HIP）三类。CIP与WIP是相对简单的系统，而HIP涉及高温，设备更加复杂，需要额外的子系统来确保安全可靠运行。除了设备相对简单以外，CIP与WIP也避免了高温对一些热敏性材料性能的破坏，拓宽了材料选择范围，有利于简化工艺、降低成本。 图表66：等静压工艺按照成型温度不同，可分为冷等静压、温等静压和热等静压 指标 冷等静压（CIP） 温等静压（WIP） 热等静压（HIP） 压力介质 液体：水 液体：油/水 气体：氢气/氮气 标准额定温度/℃ 20 150 2000 标准压力/MPa 600 500 207 循环时间 o + +++ 设备成本 o + +++ 注：0、+、++代表定性描述，其中 $0 < + < + + +$ 资料来源：The Role of Isostatic Pressing in Large-Scale Production of Solid-State Batteries，华泰研究 等静压设备的生产资质要求因技术路线而异。冷/温等静压以液体为介质，泊松比较高，爆炸风险小，除需要取得A6类超高压容器制造许可证以外，无需特殊报备与审核；而热等静压使用惰性气体，泊松比较低，易发生爆炸风险，在A6类超高压容器制造许可证之外，还必须符合《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求。 辊压等单轴压制工艺更适配连续化生产，但存在复合材料致密度不足、颗粒开裂等问题。C.A.Heck等人在2024年指出，虽然压延等单轴压制工艺具有更强的连续加工能力，但其存在诸多问题，如致密化后复合材料密度不足（压延可使电极复合材料密度最高达到 $85\%$ 左右）、材料回弹、颗粒破裂、脆性、电池层完整性丧失、集流体变形以及产生高压的机器占地面积大（与等静压机相比)。相反，即使是对于多层的固态电池，温等静压机的压力均匀性也已得到证实，在特定的温度下，温等静压机压制过程中从所有不同方向同时施加压力作用于颗粒，500Mpa、 $85^{\circ}C$ 的温等静压机处理可使电极复合材料致密度达到约 $95\%$ 。 图表67：单轴辊压和等静压在集流体|正极|固态电解质三层样品上力的分布不同 资料来源：Quintus《固态电池生产的产量和成本分析》，华泰研究 等静压工艺在孔隙率控制、循环寿命、界面阻抗等方面具备优势，但大规模量产仍需解决批次式生产效率较低的问题。根据杜义贤博士在CLNB上的分享，等静压与辊压（干法/湿法)相比存在诸多优势，如孔隙率控制可达 $5 - 15\%$ ，全电池循环1000次后容量保持率 $>90\%$ 界面阻抗下降至 $5 - 10\Omega \cdot \mathrm{cm}$ 等。然而需要注意的是，等静压工艺在固态电池量产中仍面临挑战，其批次式生产模式（电芯需在压力釜中逐批压制）与规模化生产所需的高速、连续化和高一致性要求存在矛盾。液态电池产业化的成功得益于卷对卷连续生产的效率优势。若全固态电池要实现真正的商业化，必须解决对现有批次式等静压工艺的依赖。 图表68：干法电极压延、湿法多级辊压与等静压的各关键指标对比 资料来源：杜义贤《固态电池关键制造工艺及装备》,华泰研究 # 后道-后处理：高压化成分容设备需求较大 后处理是电芯组装完成后的工序，主要是完成电芯的激活、检测和品质判定，具体包括电芯的化成、分容、检测等工作。经过后处理，电芯得以达到可使用状态。从设备来看，主要包含充放电机、专用检测设备（如电压内阻仪）等。1）充放电机：电芯在充电及放电时，充放电机不但对电芯进行充放电，也会记录充放电的相关数据和曲线图表，如电流、电压、时间等等，以作为计算电芯电容量及评价电芯是否合格、如何分类的依据。2）专用检测设备：在充放电之外，电芯静置前后，电芯还要接受专门的测试设备的检测（OCV、DCIR等），以测试电芯的电压和内阻。电压和内阻同样是评判电芯合格及分选的指标。 图表69：软包动力锂电池后处理系统主要包括化成、分容、检测等环节 资料来源：杭可科技官网，华泰研究 # 化成分容：新增高压化成分容设备 电芯组装后无法直接使用，还需要通过化成来激活电芯，并通过分容筛选出电容量合格的电芯。1）化成：激活电芯，也就是使电池中活性物质借第一次充电转成正常电化学作用，并使电极（主要是负极）表面生成有效钝化膜或SEI膜；化成是为了使电芯具有存储电的能力，类似硬盘的格式化。化成环节关键在于保证温度控制与电流控制精度、一致性与稳定性。2）分容：即“分析容量”，又叫分容测试，是将化成好的电芯按照设计标准进行充放电，以测量电芯的电容量。分容环节关键在于控制与检测精度、长期稳定性、可靠性、安全性。 图表70：化成分容是后处理中最主要的环节 资料来源：杭可科技招股书，华泰研究 化成和分容原理上略有区别，但均可用充放电机完成。充放电机是整个后处理系统使用量最多的核心设备，其最小工作单位是“通道”。一个“通道”包括一对可用于充放电的正负极连接装置以及进行充放电的控制单元，一个通道可以为一个电芯进行充电或放电。在充放电机实际使用中，一个单元（BOX）由一定数量的通道组合而成，包含一套机构部（负责电池与控制部连接/断开自动机械装置）和控制部（对充放电过程进行管理、控制、检测的装置），工作时为若干个电芯同时进行充电或放电。若干个单元组合在一起，就构成了一台充放电机。充放电机可广泛用于各类蓄电池化成、极板化成、快速脉冲化成充放电，并可通过对单体电池电压、温度的检测来实现对各类蓄电池进行容量自动分类筛选及配组。 图表71：一台充放电机由若干个单元（BOX）组成 箭头所指的单元为一个BOX，其中包含了若干个通道；6台相同的BOX叠放在一起，并配上电源和外壳支架，构成了一台充放电机。 资料来源：杭可科技招股书，华泰研究 以软包电池为例，化成设备在高温加压环境下工作，分容设备在常温常压下工作。1）软包化成设备：在高温加压的环境下对电池进行充电，设备由充电电源单元、高温加压单元、电气控制单元和后台监控软件等组成。其中高温加压单元由若干层托盘组件组成，每层可放置一个电池，每个电池托盘组件包括铝板、加热板、温度传感器等。铝板在伺服电机的控制下实习对电池的加压；加热板可快速将电池加热到设定温度。2）软包分容设备：在常温常压的环境下对电池进行充放电，设备由充电电源单元、极耳压合单元、电气控制单元和后台监控软件等组成。其中极耳压合单元由若干个通道组成，每个通道可放置一个电池，电芯放置在托盘内整盘电芯上下料，上料定位完成后，将极耳与压接板压合，形成充电回路。 图表72：化成设备夹具示意图 资料来源：锂电笔记头条号，华泰研究 图表73：分容设备极耳压合单元示意图 资料来源：锂电笔记头条号，华泰研究 全固态电池离子传输阻抗远高于液态电池，化成设备压力要求提升。传统液态锂电池的化成压力要求为3-10吨，全固态电池的化成压力要求则高达60-80吨(单电芯压强10-30MPa)。这是由于全固态电池的固态电解质与电极颗粒为点接触，存在微观空隙和接触不良的问题，因此必须通过高压强制固态电解质与电极颗粒发生塑性变形，增大有效接触面积，形成面接触，以促进固态电解质与电极的物理和化学结合。同时，固态电解质离子电导率较低，需要高压化成来强制锂离子穿透固固界面屏障，在界面处形成离子导通网络，降低界面阻抗，从而提升电池整体性能。对于设备本身而言，夹具本体需采用高强度合金钢，避免高压下形变。 # 检测：以充放电测试、电压/内阻测试为主，传统设备亦可用于固态电池检测 检测在充电、放电、静置前后均要进行，主要通过OCV、DCIR设备测量电压、内阻等性能指标。充放电机通过记录电流、电压、时间等，计算电芯电容量。而在充放电之外，电芯静置前后，电芯还要通过专门的测试设备以测试电芯的电压和内阻。在动力锂电池后处理系统中，检测环节主要包括OCV检测、DCIR检测等。1）OCV检测：对单体电池开路电压、交流内阻进行测试，自动保存测试数据并自动上传，为电池筛选与分级提供依据。常用设备如OCV-ACIR测试设备，主要由电压内阻仪、机械单元组成。2）DCIR检测：以恒电流短时间及对电池进行脉冲测试，采用压差除以电流的计算方式得出电池直流内阻，为评估动力电池或大功率能量型电池的充放电性能提供评估指标。常用设备如DCIR测试设备。 # 产线布局 图表74：软包动力锂电池后处理产线检测环节以OCR与DCIR为主 资料来源：瑞能股份官网，华泰研究 多种测试功能往往集成于一体化设备，针对液态锂离子电池的检测设备同样适用于固态电池检测。以瑞能股份的动力电芯测试系统为例，其继承了循环寿命测试、容量测试、充放电测试、温度特性测试、荷电保持能力、动静态SOC测试、高速工况脉冲测试、直流内阻测试等多种测试功能，能够最大程度满足电池真实路况模拟测试需求，对电池各项参数实时精准采样、存储、分析、预警，为电池的研发、生产提供可靠的数据参考。根据星云股份《2024年11月21日投资者活动关系记录表》，针对成品锂电池的充放电检测产品以及其他锂电池检测产品均可用于固态电池检测。 图表75：瑞能股份现有产品可用于固态电池检测 图表76：多种测试功能往往集成于一体化设备 资料来源：瑞能股份官网，华泰研究 # 动力电芯测试系统 HRCDS-6V 100A/200A/300A/500A...2000A # 应用领域 瑞电EV系列动力电芯滤系统可对各类动力电地磁场、铅酸电池、锂电池、镍氢电池进行电性能测试。能够最大程度满足电池真实路模拟测试需求，对电池各项参数实时随车采样、存储、分析、预警，为电池的研发、生产提供可靠的数据参考。 # 测试功能 资料来源：瑞能股份官网，华泰研究 # 模组/PACK：全固态电池或将推动模组产线取消 经过前/中/后道工序制造的电芯不可直接应用，需要经过串并联后，以PACK（电池包）的形式使用。模组由多个电芯构成，而PACK既可由模组构成，也可由电芯直接构成。 模组由多个电芯通过串/并联组成，主要起到对电芯的支撑与保护作用。模组（电池组）通过串联或并联的多个电芯组成，其中电芯的数量由电池的能量和电压需求决定，主要对电芯起到支撑与保护作用。模组生产过程如下：将每个模组需要的电芯、侧板、端板等组件进行配对、清洗，然后将电芯、侧板和端板涂胶进行黏合，侧板与端板围合电芯组装；之后将侧板焊接，测试绝缘内阻，黏合底板并组装，待胶水固化后焊接连接片，进行模块测试，最后组装好顶盖并入库。 图表77：一种模组结构示意图（液态电池） 资料来源：ELB Energy Group，华泰研究 图表78：模组（电池组）生产工艺流程 资料来源：宁德时代港股招股说明书，华泰研究 PACK通常包括模组、电池管理系统、连接器和冷却系统。对于由模组构成的PACK，其生产过程如下：先对箱体进行清洁、将需要的连接器线束、热管理系统与箱体预组装，再将电池模组、电池管理系统分别组装到箱体中；用高低压线束逐个连接电池模组，组装安全绝缘隔热组件，并加盖盖板进行密封，形成PACK；对PACK进行密封性测试、电性能测试、外观测试等，最终检查合格后打包入库。 图表79：一种由模组构成的PACK结构示意图（液态电池） 资料来源：萝卜报告，华泰研究 图表80：PACK（电池包）生产工艺流程 资料来源：宁德时代港股招股说明书，华泰研究 模组线和PACK线共同构成动力锂电池模组/PACK智能装配线，总长度通常为120~300米，总生产工位设备数量为45~80个。动力锂电池模组/PACK智能装配线所需工位设备包括极耳焊接机、极耳裁切机、外壳焊接机、汇流排焊接机、模组堆垛机、EOL测试机等。 图表81：动力锂电池模组/PACK智能装配线工位设备与相关技术 工位设备名称 工位设备技术 基础研发及集成技术 焊接技术 极耳焊接、外壳焊接、汇流排焊接 激光焊接技术、照相检测技术、超声波焊接技术 极耳焊接机 焊接技术 激光焊接技术、照相检测技术、超声波焊接技术、视觉定位技术、激光传感器定位技术、应急灭火技术 极耳裁切机 裁切技术 模具裁切技术、激光裁切技术、照相检测技术、视觉定位技术 外壳焊接机 焊接技术 激光焊接技术、照相检测技术、视觉定位技术、激光传感器定位技术、应急灭火技术 汇流排焊接机 焊接技术 激光焊接技术、照相检测技术、视觉定位技术、激光传感器定位技术、应急灭火技术 模组堆垛机 模组堆垛技术 机器人应用技术、视觉定位技术、视觉模糊抓取技术、压装技术 EOL测试机 电测试技术 浮动对接技术、电池电性能分析技术、电压测试技术、电阻测试技术、绝缘测试技术、快速充放电技术、防火材料应用技术、应急灭火技术 资料来源：豪森智能招股书，华泰研究 全固态电池模组/PACK路线尚未收敛，不确定性较大。在全固态电池的产业化进程中，模组与PACK环节的技术路线目前呈现出多元探索的格局。由于固态电池内部材料体系（如氧化物、硫化物、聚合物等）存在差异，且对热管理及成组工艺的要求远高于传统液态电池，导致该环节的集成方案尚未形成统一标准。 # 全固态电池设备：百亿空间下的五条主线 全固态电池带来五大核心设备需求变化：1）干法电极推动前道设备扩容；2）新增胶框印刷设备，以满足极片绝缘与防潮需求；3）叠片预期较为一致，全固态电池中叠片设备渗透率或接近 $100\%$ ；4）等静压工艺新增；5）高压化成分容需求较大，价值量较高。 # 全球2030年全固态电池设备市场空间有望达到277亿元 根据相关假设与测算过程，我们预测26-30年全固态电池需求量为3/10/35/74/145GWh，每年新增全固态电池需求量预计为3/7/25/39/71GWh。考虑稼动率、良率等因素影响，26-30年每年全固态电池新增产能预计为6/12/39/58/92GWh，全固态电池设备市场空间为27/49/148/202/277亿元。 图表82：全球 2030 年全固态电池设备市场空间有望达 277 亿元 2024 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E 全球锂离子电池需求量(GWh) 1,545 1,981 2,453 2,991 3,541 4,149 4,883 新能源汽车 1,051 1,419 1,816 2,271 2,725 3,215 3,794 储能 370 430 496 566 642 721 802 3C及其他 124 129 134 140 145 151 157 具身智能 0 2 5 10 22 47 100 eVTOL 0 1 2 4 8 15 30 全固态电池渗透率(%) - - 0.1% 0.3% 1.0% 1.8% 3.0% 新能源汽车 - - 0.1% 0.3% 1.0% 1.8% 3.0% 储能 - - 0.0% 0.0% 0.1% 0.2% 0.3% 3C及其他 - - 0.5% 2.0% 4.0% 7.0% 10.0% 具身智能 - - 0.5% 2.0% 4.0% 7.0% 10.0% eVTOL - - 0.5% 2.0% 4.0% 7.0% 10.0% 全固态电池需求量(GWh) - - 3 10 35 74 145 新能源汽车 - - 2 7 27 58 114 储能 - - 0 0 1 1 2 3C及其他 - - 1 3 6 11 16 具身智能 - - 0 0 1 3 10 eVTOL - - 0 0 0 1 3 全固态电池每年新增需求量(GWh) - - 3 7 25 39 71 稼动率 - - 70% 80% 80% 80% 85% 良率 - - 65% 75% 80% 85% 90% 全固态电池每年新增产能(GWh) - - 6 12 39 58 92 全固态电池设备价值量(亿元/GWh) - - 4.8 4 3.8 3.5 3 全固态电池设备市场空间(亿元) - - 27 49 148 202 277 资料来源：EVTank，GGII，高工锂电，SMM，智研咨询，华泰研究预测 # 相关假设与测算过程如下。 全球锂电池需求量：根据EVTank数据，24年全球锂离子电池出货量达1,545GWh，其中新能源汽车/储能/3C及其他分别为1,051/370/124亿元，同比 $+21\% /65\% /10\%$ 。分下游增速来看，1)新能源汽车：根据中汽协数据，25H1我国新能源汽车产销量同比增速均超 $40\%$ 假设25年全年增速 $35\%$ ，25-30年增速逐年递减。2）储能：根据智研咨询数据，25年储能锂电池需求量约430GWh，同比 $