【五矿证券】固态电池系列3：全固态电池工程化核心难点在哪？-251201（21页）.pdf

1、固态电池系列3：全固态电池工程化核心难点在哪？报告要点全固态电池工程化核心难点在于压力的处理。从第一性原理角度看，离子传导的前提是材料接触，依赖于一定压力下实现，这分为初始压力、堆叠压力。电池充放电中的膨胀在全固态时代下成为难点，且负极材料迭代方向上是膨胀性更大的硅基/金属锂，对电池的稳定运行带来更大挑战。等静压是全固态电池初始加压关键，潜力较大。全固态电池生产工艺中，核心在前段的极片辊压、中段的等静压、后段的高压化成等环节，其中等静压可实现较大、均应的压力，是致密化方案核心，其关键在连续化生产、设备大型化等，当前处于完善期。低堆叠压力是保持全固态电池良好运行关键，本质是对界面问题的改善，主要

2、通过材料、结构设计两方面实现。从材料上看，一方面，在硫化物电解质之外掺杂材料改善界面控制，另一方面采用硫化物基复合电解质等是潜力较大方案，从而实现电池“减压”运行。从结构设计上看，电池外部压强和轻量化之间的平衡是关键。全固态预计以2027年示范性装车为节点，消费类(EVtol和人形机器人等)场景或将在此前开启示范应用。从投资机会上，建议关注辊压、等静压、高压化成等设备，以及硫化物、复合电解质的卤化物等方向。1、硫化物、卤化物等电解质材料降本不及预期。2、全固态电池设备规模化和相关工艺进展不及预期。3、假设全固态电池产业进度超预期，则我们预期的量产时间将提前；反之则推迟。4、卤化物和硫化物仍处于

3、产业早期阶段，技术基本收敛，但未来是否有新材料，具备不确定性。电气设备相关研究站在当下，从全固态电池的材料和工程化两大方面卡点看，材料的核心问题在于降本，工程化的核心问题在于压力的处理，后者是本文研究的重点。、全固态电池工程化核心难点在于压力的处理从第一性原理角度看，离子传导的前提是材料接触，依赖于一定压力下实现。由于全固体电池是固体和固体的接触，不同于液态电池的固体和液态间有效接触。其难点在于如何用一个固体和固体的接触替代原先固体和液体的有效接触，达到工业化的循环、倍率、稳定性等电池性能要求。对于固固材料接触界面，主要有离子传输、界面应力小、电解质和电极副反应小、电阻小等需求，为了顺利实现工

4、业化的传导目标，保持一定压力下的紧密接触是关键，主要赖于设备和材料两方面实现。压力分为初始加压和堆叠压力两个问题。由于电池在日常循环中的“呼吸造成的膨胀，除了初步制造中保持固固有效接触之外，保持使用中的良好的固固接触难度也很大。本质上看，电池性能的发挥前提是固固界面的良好有效接触，这分为两个问题，一个是电池制造中实现良好接触，电极制备压延过程中的外部压力通常为几十、几百MPa，甚至几个GPa，称为制备压力，即解决一次加压问题；另一个在使用中在不断的膨胀中实现良好加压，从而保持固体和固体间的良好接触，即解决堆叠压力问题，这影响电极和电解质的孔隙率和离子电导率等。(divcenter)图表1：从本

5、征角度看全固态电池的难点和改进措施(/divcenter)Zhang等，五矿证券研究所Zhang等，五矿证券研究所二、全固态电池的初始加压物理学角度看，固固界面的接触决定了离子的良好传输，在全固态电池工艺中涉及几方面工序。从本征需求上看，电池制备中初始压力帮助材料等致密化，强化“固固”界面的接触，才会有后续的离子电子等的流动。需要解决两方面问题，一是同种材料之间的界面致密度不足问题，比如正极材料本身致密度；二是不同材料层之间的结合性差的问题，正极与电解质，或电解质和负极接触。一般电极或者电解质的孔隙率如压缩在5%以内，界面接触电阻显著降低，不同于湿法孔隙率25.35%，常见的致密化方法包括辊压

6、、单轴面压制和等静压等。从全固态电池生产工艺中，往往通过加压实现致密化要求，核心在前道的极片辊压、中道的等静压、后道的高压化成等环节，其中等静压可实现较大、均应的压力，是致密化方案核心，潜力较大。2.1前道工序中辊压设备是关键全固态电池往往需升级辊压设备，且和干法工艺搭配，未来有较大潜力。极片辊压是前道成膜环节关键工序，实现单独正极或负极致密化，辊压有相关干法电极方案等。干法工艺可以在不使用溶剂的情况下，消除湿法工艺烘干后，溶剂分子的残留问题，减少了其与固态电解质发生副反应的风险，提高了电池的安全性和能量密度，具备较大潜力。根据曼恩斯特企业干法多辊双面成膜复合系统数据，可通过精确调节压辊间隙、