全球固态电池产线关键装备大揭秘：设备引领未来！
锂电那些事今日头条2025年04月22日 星期二
随着全球能源转型的加速以及对高性能电池需求的不断攀升，固态电池正逐渐成为新能源领域的焦点。固态电池凭借其在能量密度、安全性和快充性能上的显著优势，被视为下一代电池技术的主流方向。从新能源汽车到消费电子，从储能系统到新兴的低空飞行器和人形机器人，固态电池的应用前景广阔，其市场需求也在迅速增长。
固态电池的生产过程与传统液态锂离子电池存在显著差异，这使得固态电池产线的关键装备成为推动其产业化进程的核心力量。从固态电解质的连续成膜设备到锂金属负极的真空镀膜设备，从干法电极成型设备到全固态封装设备，每一项技术的突破都为固态电池的量产铺平了道路。这些关键装备不仅需要满足更高的精度和稳定性要求，还需适应固态电池独特的材料特性和工艺需求。
传统锂电池设备生产流程及核心工序
锂电池的生产过程复杂且精细，主要分为前段、中段和后段三个环节，涵盖了从原材料加工到成品电池检测的全过程。锂电设备作为生产的核心工具，是将电化学材料转化为高性能锂电池的关键，其工艺水平和运行状况直接决定了锂电池的性能与质量，是影响锂电池品质的关键因素之一。
在整个锂电池生产过程中，涉及的工序多达30余道，所需的设备种类繁多且高度专业化。具体来看，锂电池生产可以分为以下三个主要环节：
前段极片制作环节：前段环节是锂电池生产的起点，主要任务是将电池的正负极材料加工成极片。这一环节包括正负极材料的配料、搅拌、涂布、辊压、分切等多个工序。这些工序需要高精度的设备来确保极片的均匀性和一致性，从而为后续的电池组装奠定基础。
中段电芯装配环节：中段环节是将前段制作好的极片与其他组件装配成电芯的过程。这一环节包括极片的卷绕或叠片、电芯的组装、焊接、注液等工序。这些工序需要高度自动化和精密化的设备，以确保电芯的结构稳定性和密封性，从而提高电池的安全性和可靠性。
后段化成检测环节：后段环节是锂电池生产的最后阶段，主要任务是对电芯进行化成、检测和分选。化成是激活电池内部化学反应的关键步骤，而检测和分选则是确保电池性能一致性和质量合格的重要环节。这一环节需要先进的检测设备和自动化控制系统，以实现对电池性能的精准评估和高效筛选。
在锂电设备产业链中，价值分布呈现出明显的集中趋势。涂布、卷绕/叠片以及化成分容检测这三大核心工序的价值量占比超过50%，是锂电设备产业链中最具价值的部分。从整体价值量分布来看，锂电池生产的前段、中段和后段设备成本占比分别为39%、31%和30%。在这些环节中，核心工序的价值量尤为突出。具体而言，前段的涂布工序价值量占比约为20%，中段的卷绕或叠片工序价值量占比约为15%，而后段的化成分容检测工序价值量占比则达到了20%。
固态电池与传统液态电池的生产工艺区别
固态电池通过采用固态电解质替代传统液态锂电池中的电解液和隔膜，实现了电池结构和材料体系的革新。传统液态锂电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四大关键部分组成，而固态电池则以固态电解质为核心，彻底改变了电池的内部构造。
由于全固态电池的材料和结构与传统锂电池截然不同，现有的锂电池生产工艺和设备已无法满足其生产需求，必须进行创新和改进。目前，全固态电池尚未实现大规模量产，其生产工艺仍在不断发展和完善中。不同类型的固态电池在生产工艺和制造过程上存在差异，具体取决于电池的设计和应用场景。然而，可以明确的是，全固态电池的生产工艺与传统液态电池的生产工艺存在显著区别，主要体现在以下几个方面：
前段极片制作环节
传统锂电池：采用湿法合浆和涂布技术，将活性材料、导电剂和黏结剂混合成浆料后涂布在集流体上，随后进行干燥和辊压。
固态电池：引入干法电极技术，省去溶剂使用，直接通过干法合浆和涂布工艺制备极片。此外，还需额外进行电解质膜的涂布与辊压，以形成固态电解质层。
中段电芯装配环节
传统锂电池：采用卷绕或叠片工艺，将正负极片和隔膜卷绕成电芯，随后注入电解液并进行封装。
固态电池：采用叠片工艺，结合极片胶框印刷和等静压技术，确保固态电解质与电极之间的紧密接触。由于全固态电池无需电解液，省去了注液工序。
后段化成封装环节
传统锂电池：封装后通过低压化成激活电池。
固态电池：由于固态电解质的高离子电导率需求，化成过程趋向高压化，以优化电池性能。
综合来看，全固态电池相对传统液态锂电池的核心生产工序主要区别在于：前段固态电解质和极片制作环节，全固态电池更适配干法电极技术，增加了干法混合、干法涂布实现固态电解质膜制备；中段电芯装配环节，固态电池采用“叠片+极片胶框印刷+等静压技术”取代传统的卷绕工艺，并删减了注液工序；后段化成封装环节，从化成分容转向高压化成分容。
固态电池发展将推动生产设备升级革新
固态电池的发展将推动电池生产设备的升级和革新。全固态电池的生产流程引入了干法电极、等静压等新技术，新增了干法电极设备（替代湿法涂布机）、等静压设备；高压化成的工艺变化使得新增高压化成分容设备；叠片设备需要升级改造（提升精度）
（一）前段极片与固态电解质制备环节
干法电极设备是核心的增量设备：
干法电极技术更适配固态电池：干法电极技术能提高电极的压实密度，从而提高电池能量密度。它将电极材料混合成干粉，通过机械压到集流体上形成电极片，可提高电极压实密度，适用于固态电池等高能量密度电池。在全固态电池中，干法电极中的PTFE二维网络结构可抑制活性物质颗粒的体积膨胀，防止其从集流体表面脱落。此外，干法电极工艺可实现极片制造过程完全干燥，消除湿法工艺溶剂分子残留问题。
干法电极技术工艺简化提升效率，具有成本优势，有利于推动固态电池商业化：干法电极工艺简化了生产工艺，降低了成本，提高了生产效率。它无需NMP溶剂，可减少烘干及溶剂回收环节，将电极制造过程一体化，工艺流程更简单，设备占地面积更小。据纳科诺尔预计，干法电极量产后可降低电池成本10%以上，且适配电池极片的大规模生产，是推动固态电池商业化的重要技术之一。
目前干法电极技术的关键难点：目前干法电极技术的关键难点在于混合电极材料粉末的均匀性以及成膜的一致性。干法工艺对辊压的精度、均匀度以及压实密度要求更高。
（二）中段电芯装配环节
采用“叠片+极片胶框印刷+等静压技术”：
叠片机：固态电池不适用卷绕设备，需要使用叠片机，且精度要求更高。固态电池的固态电解质具有脆性特性，对设备的精度和稳定性要求更高，需要进行更多的叠片工艺，因此其制造所需的叠片机需求也会增加。
固态电池极片胶框覆合技术：现有的固态电池生产工艺在极片复合时难以确保相邻极片之间具有高的贴合度，从而导致电芯质量下降。利元亨公开的专利技术提出了一种固态电池极片胶框覆合方法、装置及叠片设备，能够提升固态电池电芯中相邻极片之间的贴合度，保证电芯质量。
等静压机为核心增量设备之一：生产固态电池时，堆叠正极、固态电解质、负极需要新增加压设备，施加超过100MPa压力使各材料致密堆积。等静压技术基于帕斯卡原理，可有效消除电芯内部空隙，确保电解质材料致密化，提升离子电导率，降低电池内部电阻率，延长循环寿命。然而，等静压技术在固态电池领域的应用仍处于探索和发展阶段，面临着选取合适的压制温度和压力组合、控制压实质地、提高生产效率与良率等挑战。
（三）后段化成封装环节
新增高压化成设备：固态电池化成的压力要求提高至60-80吨，其核心原因在于固态电池独特的固-固界面特性和离子传导机制。高压化成可解决固固界面接触问题，激活离子传导通道，消除界面空隙，增大有效接触面积，降低界面阻抗，实现强制锂离子穿透固固界面屏障，形成离子导通网络。
随着固态电池产业化进程的加速，这些关键设备正朝着智能化、高精度方向发展，为固态电池的大规模量产提供了可靠保障。固态电池生产关键设备的不断发展和创新，将有力推动固态电池从实验室走向规模化生产，开启动力电池的新纪元。
