干法成膜——高性能固态电池量产的关键
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1. 一段话总结
东吴证券2025年11月22日固态电池设备专题报告指出，干法成膜是高性能固态电池量产的关键工艺，相比湿法具备无溶剂残留、高压实密度（提升30%）、低能耗（降低38-40%） 等优势，适配硫化物电解质（主流路线，离子电导率10⁻³-10⁻²S/cm）与锂金属负极等敏感材料；当前干法成膜技术路线包括纤维化、干法喷涂、气相沉积等六类，纤维化因工艺成熟（PTFE高剪切成膜）、产线兼容（卷对卷生产）成最具量产潜力路线；固态电池前道设备2029年市场空间预计达80亿元，重点推荐整线供应商【先导智能】、激光焊接商【联赢激光】等，风险提示下游应用及技术研发不及预期等。
2. 思维导图（mindmap脑图）
3. 详细总结
一、固态电池前道工艺：成膜是核心，干法成膜成终局
1. 前道工艺的关键地位
前道制片是固态电池制造的“承上启下”环节，直接决定电池性能与产线稳定性：
- 传统液态电池：仅需制备正负极片（配浆→涂布→烘干→压实）；
- 全固态电池：需额外制备固态电解质膜（替代液态电解液），工艺难度显著提升，因固态材料无流动性，需解决浆料分散、界面贴合等缺陷，且材料体系（硫化物、锂金属等）对环境敏感（避水避氧）。
2. 前道设备市场空间
假设全球固态电池2029年产能达200GWh（2024年17GWh），单GWh设备投资从5-6亿元降至2.5亿元，测算前道设备（含干混、辊压、电解质复合等）2029年市场空间达80亿元，具体拆分如下：
| 设备环节 | 占比 | 2025E市场空间（亿元） | 2029E市场空间（亿元） | 核心设备 |
|---|---|---|---|---|
| 干料混合 | 4% | 1.0 | 10.0 | 高剪切混合机、双螺杆挤出机 |
| 干法辊压 | 10% | 2.5 | 25.0 | 22辊热辊压机 |
| 电解质热复合 | 8% | 2.0 | 20.0 | 热复合一体机 |
| 预锂化 | 6% | 1.5 | 15.0 | 真空镀锂机、锂带复合机 |
| 分切&模切 | 4% | 1.0 | 10.0 | 高精度分切机 |
| 前道合计 | 32% | 8.0 | 80.0 | – |
3. 干法vs湿法成膜工艺对比
干法成膜因无溶剂特性，在性能、成本、环保上全面优于湿法，是高性能固态电池的终局路线：
| 对比维度 | 湿法工艺 | 干法工艺 |
|---|---|---|
| 溶剂使用 | 需溶剂，配套烘干/回收系统 | 无溶剂，省去烘干/回收 |
| 能耗水平 | 烘干能耗高，碳排放大 | 能耗降低38-40%，每10kWh减排1000kgCO₂ |
| 压实密度 | 3.34g/cm³（三元材料），孔隙率高 | 3.62g/cm³（三元材料），提升30% |
| 面容量 | 支持<10mAh/cm²，厚电极适配性弱 | 支持>10mAh/cm²，适配厚极片 |
| 能量密度 | 难突破300Wh/kg | 已实现300+Wh/kg，目标500+Wh/kg |
| 材料兼容性 | 不适配硫化物/锂金属（溶剂反应） | 适配水敏/溶剂敏感材料 |
| 制造成本 | 设备多、能耗高，成本高 | 成本降低10-20% |
二、干法成膜技术路线：纤维化成量产核心
1. 六大技术路线对比
干法成膜技术路线多样，各有适配场景，纤维化因工艺成熟度高、产线兼容性强成最具潜力路线：
| 技术路线 | 核心原理 | 优势 | 弊端 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 纤维化 | PTFE高剪切力下成三维纤维网络 | 产线兼容（卷对卷）、成膜密度高 | 阴极稳定性弱，依赖PTFE黏结剂 | 正负极、聚合物/复合电解质膜 |
| 干法喷涂沉积 | 干粉高压沉积+热压 | 黏结剂<1%，柔性电极适配 | 设备贵、产能小 | 薄层聚合物/氧化物电解质膜 |
| 气相沉积 | 材料蒸发汽化后沉积 | 纳米级膜控，致密性高 | 设备贵、仅小电池适用 | 消费电子微型电池 |
| 热熔挤压 | 颗粒混合→挤出→烧结 | 适配厚电极（>10mg/cm²） | 工艺复杂、能耗高 | 厚膜聚合物/复合电解质层 |
| 直接压制 | 干粉直接机械压制 | 无溶剂无黏结剂，流程简 | 成膜均匀性差、仅实验室用 | 硫化物/氧化物电解质膜验证 |
| 3D打印 | 材料熔融逐层打印 | 结构定制化 | 产能低、活性材料含量低 | 小型异形结构电解质膜 |
2. 纤维化路线：设备与工艺细节
纤维化通过高剪切设备将PTFE黏结剂拉成微纳纤维，形成自支撑膜，是当前最成熟的量产路线：
- 核心设备：双螺杆挤出机（陶瓷螺杆防金属污染，寿命18000h+）、高剪切混合机；
- 关键工艺：干粉混合→高剪切纤维化→热压复合→集流体贴合；
- 技术优势：活性材料占比95%（湿法≤80%），剥离强度提升3.2倍，循环5000次无衰减；
- 待突破点：PTFE在负极低电位下易分解，需与PVDF协同使用提升稳定性。
3. 其他路线进展
- 干法喷涂：黏结剂用量可降至1%，但单台设备产能仅0.1GWh/年，难以满足量产；
- 气相沉积：ULVAC已实现LIPON电解质膜沉积（厚度1.3μm），但腔体限制仅用于消费电子小电池；
- 热熔挤压：适配厚电极（面容量>10mAh/cm²），但需高温烧结，能耗是纤维化的2倍。
三、固态电池新增关键工艺
1. 预包覆（ALD技术）
解决硫化物电解质毒性与界面副反应问题，通过原子层沉积构筑超薄防护层：
- 作用：阻断正极与电解质副反应，降低界面阻抗（NCM811包覆后从>1000Ω·cm²降至50Ω·cm²）；
- 主流方案：Li₃PO₄（正极）、Al₂O₃（锂金属负极）、LiNbO₃（硫化物电解质）；
- 设备需求：ALD镀膜机，保形性达100%，厚度控制至亚纳米级。
2. 印胶工艺
防止极片偏移短路，因固态电池极片脆性大（断裂韧性<1MPa·m¹/²），叠片/等静压时易变形：
| 印胶方案 | 工艺步骤 | 优势 | 弊端 |
|---|---|---|---|
| 胶框复合 | PET载体制备胶框→卷对卷复合 | 效率高、良率高 | 设备精度要求高 |
| 开槽印胶 | 激光开槽→UV胶填充→固化 | 成品密封性好 | 节拍慢（当前<30ppm） |
| 3D打印 | 绝缘胶精准打印成框 | 结构定制化 | 产能低，仅适配小电池 |
3. 补锂技术
补偿固态电池5-10%的不可逆锂损（固-固界面孔隙导致活性锂粉化、SEI膜厚）：
- 主流路线：直接辊压复合锂带（锂利用率>85%，规模化量产）；
- 其他方案：真空镀锂（均匀性±5%，小批量试产）、化学锂化（锂分布不均）；
- 效果：LNMO正极加5wt%Li₂ZrO₃后，首效提升15%，循环保持率提升30%。
四、重点标的与风险提示
1. 重点标的梳理
| 标的名称 | 核心布局 | 关键进展 |
|---|---|---|
| 先导智能 | 固态电池整线设备 | 中试线稳定量产，向宁德/欧美客户交付 |
| 赢合科技 | 干法纤维化/湿法涂布设备 | 向头部客户出货中试设备 |
| 曼恩斯特 | 陶瓷双螺杆挤出机 | 纤维化设备订单贡献，磨损量仅镍合金1/10 |
| 利元亨 | 硫化物路线整线 | 交付广汽埃安中试线 |
| 纳科诺尔 | 22辊热辊压机 | 适配120ppm节拍，厚度精度±1μm |
2. 风险提示
- 下游应用不及预期：半固态电池循环性能仍待提升，全固态电池商用化时间不确定；
- 技术研发不及预期：纤维化黏结剂适配性、气相沉积大型化等技术瓶颈突破慢；
- 原材料价格波动：硫化物电解质依赖Li₂S、P₂S₅，锂金属价格波动影响成本；
- 新技术替代风险：钠电池、氢燃料电池等可能分流固态电池需求。
4. 关键问题
问题1：干法成膜为何能成为高性能固态电池的终局工艺？其在材料兼容性上的核心优势如何支撑硫化物电解质等主流路线？
答案：
-
终局工艺的核心逻辑：
干法成膜的“无溶剂特性”完美匹配固态电池的性能与量产需求：- 性能端：无溶剂残留避免界面副反应，压实密度提升30%（达3.62g/cm³），支持厚极片（>10mAh/cm²），能量密度突破300Wh/kg；
- 成本端：省去烘干/溶剂回收系统，能耗降低38-40%，制造成本下降10-20%，符合量产经济性要求；
- 环保端：无VOC排放，每10kWh减排1000kgCO₂，契合碳中和趋势。
-
材料兼容性优势：
硫化物电解质（离子电导率10⁻³-10⁻²S/cm，主流路线）对水/溶剂敏感，遇水生成剧毒H₂S，湿法工艺需手套箱操作（成本高），而干法成膜：- 无极性溶剂参与，可在惰性气体保护下直接压片/挤出，避免H₂S生成；
- 适配锂金属负极（极性大、遇水反应），通过干法热压实现界面紧密贴合，抑制锂枝晶；
- 兼容硅碳负极（膨胀率300%），纤维化网络可缓冲体积变化，循环寿命提升2倍。
问题2：纤维化路线成最具量产潜力的干法技术，其核心设备（双螺杆挤出机）的技术壁垒是什么？国内企业在该领域的竞争格局如何？
答案：
-
双螺杆挤出机的核心壁垒：
- 材质与结构：需采用陶瓷螺杆（避免金属污染，适配硫化物/锂金属），磨损量仅为镍合金的1/10，寿命达18000h+；具备“一键开腔”模组化结构，解决干粉堵料问题，维护效率提升50%；
- 温控与剪切力：PTFE纤维化需在19±2℃窗口温区，各段螺杆需独立控温（精度±1℃），剪切力需动态调节（避免纤维断裂）；
- 产能与一致性：量产型设备需实现350kg/h（正极）、200kg/h（负极）的投料量，同时保证纤维网络均匀性（偏差<5%）。
-
国内竞争格局：
- 第一梯队：曼恩斯特（陶瓷双螺杆已出货，适配宁德/比亚迪中试线）、先导智能（一体化混料-纤维化线，产能1GWh/年）；
- 第二梯队：赢合科技（300L纤维化一体设备，产能300kg/h）、华亚智能（子公司冠鸿智能推出AI控制纤维化线）；
- 技术差距：海外（如日本JSW）在螺杆材质（氮化硅陶瓷）与温控精度（±0.5℃）上领先，国内企业需突破高温耐磨涂层与动态剪切控制算法。
问题3：固态电池新增的预包覆、印胶、补锂工艺，分别对应哪些设备需求？这些设备的市场空间如何测算？
答案：
-
新增工艺对应的设备需求：
新增工艺 核心设备 技术要求 2029E市场空间（亿元） 预包覆（ALD） ALD镀膜机 保形性100%，厚度控制0.1-1nm 15.0 印胶工艺 激光开槽机、UV胶固化机、3D打印机 开槽精度±5μm，固化时间<1s 12.0 补锂技术 锂带复合机、真空镀锂机 锂带厚度15μm（±2μm），镀膜均匀性±5% 10.0 -
市场空间测算逻辑：
- 假设前提：全球固态电池2029年产能200GWh，单GWh设备投资2.5亿元，新增工艺设备占前道设备的46%（预包覆19%、印胶15%、补锂12%）；
- 计算过程：200GWh×2.5亿元/GWh×46%=230亿元（前道设备总空间80亿元，此处为细分工艺独立测算，因部分设备与传统工序复用）；
- 增长驱动：ALD设备受益于硫化物电解质渗透率提升（2029E占比60%），印胶设备随叠片工艺渗透率提升（2029E占比80%），补锂设备因锂金属负极应用（2029E占比30%）需求增长。
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