時間：2025-08-06 來源：固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)通
固態(tài)電池:開啟電池技術新革命，應用前景無限
作為電池領域的新一代技術，固態(tài)電池憑借革新性的設計理念，打開了廣闊的應用空間。它徹底告別了傳統(tǒng)液態(tài)電池的液態(tài)電解液和隔膜，改用固態(tài)電解質(zhì)作為核心組件，最顯著的特征就是離子通過固態(tài)物質(zhì)傳導，電極與電解質(zhì)之間形成“固-固界面”。其工作原理圍繞鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)中的遷移展開，正、負極均采用鋰金屬等高能量密度材料，具體充放電過程如下:在放電時，鋰離子會從負極出發(fā)，通過固態(tài)電解質(zhì)的擴散通道遷移到正極。這一過程中，固態(tài)電解質(zhì)完美規(guī)避了液態(tài)電解液易揮發(fā)、易腐蝕的問題。與此同時，正極材料發(fā)生氧化反應釋放電子，電子經(jīng)外電路形成電流，實現(xiàn)電能輸出。而充電時，外部電源驅(qū)動鋰離子從正極返回負極，負極材料發(fā)生還原反應接收電子，完成能量存儲，整個過程中固態(tài)電解質(zhì)始終穩(wěn)定傳導離子。
1.1安全性、高能量、長壽命 -- 三大核心優(yōu)勢推動固態(tài)電池替代液態(tài)電池
相較于傳統(tǒng)液態(tài)電池，固態(tài)電池在多項關鍵性能上實現(xiàn)了跨越式提升，成為替代液態(tài)電池的核心動力:
安全性大幅升級是固態(tài)電池最突出的優(yōu)勢。由于采用不可燃的固態(tài)電解質(zhì)，"它從根源上消除了起火隱患，即便處于 800℃的高溫環(huán)境中，也能做到不起火、不爆炸，徹底解決了傳統(tǒng)電池的安全痛點。
能量密度顯著提升。目前固態(tài)電池的能量密度已達到 400-500Wh/kg，而傳統(tǒng)液態(tài)電池最高僅能達到 200-300Wh/kg，且已接近鋰離子電池的物理極限。更高的能量密度意味著相同體積或重量下固態(tài)電池能存儲更多電能，為設備續(xù)航提供更強支撐。此外，固態(tài)電池還具備長循環(huán)壽命的特點，循環(huán)次數(shù)可突破 5000 次，遠超傳統(tǒng)電池;溫度適應性更強，在-30℃的低溫環(huán)境中，容量保持率仍能超過 80%;充電速度也明顯加快-- 根據(jù)寧德時代最新技術成果，固態(tài)電池 15 分鐘即可充至 80%，充電效率遠超傳統(tǒng)液態(tài)動力電池。
根據(jù)電解質(zhì)液體含量的不同，電池可劃分為四大類：液態(tài)電池（液體含量 25wt%）、半固態(tài)電池（5-10wt%）、準固態(tài)電池（0-5wt%）和全固態(tài)電池（0wt%）。其中，半固態(tài)、準固態(tài)與全固態(tài)電池因擺脫了對液態(tài)電解液的高度依賴，被統(tǒng)稱為固態(tài)電池。這兩類固態(tài)電池目前正處于不同的發(fā)展階段，展現(xiàn)出差異化的產(chǎn)業(yè)節(jié)奏。
半固態(tài)電池：已步入產(chǎn)業(yè)化階段，商業(yè)化臨門一腳
作為固態(tài)電池中最先接近落地的技術路線，半固態(tài)電池已走完漫長的技術積累期，正站在商業(yè)化的關鍵節(jié)點上。其發(fā)展歷程可追溯至 20 世紀 70 年代，而真正的技術突破出現(xiàn)在 2011 年 —— 美國麻省理工學院科學家 Yet - Ming Chiang 提出 “液流電池” 概念，用含細微顆粒的懸浮液作為電極，研制出由鋰化合物粒子與液態(tài)電解液混合而成的 “泥漿狀電極” 半固態(tài)電池，為該技術奠定了重要的理論與實踐基礎。
2012 - 2016 年是半固態(tài)電池的啟動期，技術探索主要局限于實驗室，聚焦于基礎原理驗證與材料性能優(yōu)化；2017 - 2022 年進入高速發(fā)展期，材料研發(fā)取得實質(zhì)性進展，電池能量密度、循環(huán)壽命等核心指標持續(xù)提升，同時產(chǎn)業(yè)界開始密集關注這一賽道，頭部企業(yè)陸續(xù)布局研發(fā)與產(chǎn)能規(guī)劃；2023 年以來，半固態(tài)電池正式邁入產(chǎn)業(yè)化階段，部分產(chǎn)品已進入小批量試產(chǎn)或示范應用，距離大規(guī)模商業(yè)化落地僅一步之遙。
全固態(tài)電池：研發(fā)攻堅持續(xù)推進，量產(chǎn)曙光漸顯
全固態(tài)電池因完全摒棄液態(tài)成分，技術難度更高，目前仍處于研發(fā)攻堅階段，但量產(chǎn)進程已在加速推進。其技術探索的起點可追溯至更早：早期電化學研究中，英國科學家約瑟夫?湯姆遜就前瞻性地提出 “用固態(tài)電解質(zhì)實現(xiàn)電池穩(wěn)定循環(huán)” 的構(gòu)想；19 世紀中期，硫化銀、氟化鉛等固態(tài)電解質(zhì)材料的發(fā)現(xiàn)，為后續(xù)研究提供了關鍵物質(zhì)基礎。
1992 年成為全固態(tài)電池發(fā)展的重要轉(zhuǎn)折點 —— 美國橡樹嶺國家實驗室開發(fā)出無機固態(tài)電解質(zhì)（LiPON）并成功組裝出固態(tài)電池，驗證了全固態(tài)路線的可行性。此后，各類固態(tài)電解質(zhì)材料不斷涌現(xiàn)，21 世紀后在市場需求的驅(qū)動下，電解質(zhì)穩(wěn)定性、電極 - 電解質(zhì)界面兼容性等核心難題逐步突破，研發(fā)重心從實驗室走向工程化落地。
當前，全球各國均將全固態(tài)電池視為下一代電池技術的核心方向，國內(nèi)外多家企業(yè)已明確量產(chǎn)時間表，并建成試產(chǎn)線開展工藝驗證。隨著材料體系成熟度提升與制備成本下降，全固態(tài)電池正從 “實驗室樣品” 穩(wěn)步邁向 “量產(chǎn)產(chǎn)品”，商業(yè)化曙光日益清晰。
1.2 固態(tài)電池的正負極
正極：高能量密度體系是發(fā)展方向
固態(tài)電池正極材料的發(fā)展目標明確指向高能量密度體系。鋰離子電池的能量密度很大程度上由正極材料的能量密度決定，所以開發(fā)高能量密度的正極材料來適配固態(tài)電池十分必要。就目前而言，半固態(tài)電池大多沿用現(xiàn)有的三元材料；從長遠來看，全固態(tài)電池更有可能采用高鎳、鈷酸鋰、富鋰錳基等高電壓正極材料。
傳統(tǒng)電解液的穩(wěn)定電壓窗口通常在 1.5-4.3V 之間，當正極電壓超過 4.3V 時，電解液就會發(fā)生氧化分解，產(chǎn)生氣體和界面膜，進而造成電池容量衰減。而固態(tài)電解質(zhì)的穩(wěn)定化學窗口能夠達到 5V 以上，這為高電壓正極材料提供了安全的運行環(huán)境，使得高鎳、鈷酸鋰、富鋰錳基等高電壓正極材料在固態(tài)電池中的應用成為現(xiàn)實。
負極：從石墨負極、硅基負極到金屬鋰負極
要提升電池能量密度，負極材料需從當前的石墨負極向硅基負極演進。目前鋰電市場中，石墨負極是主流選擇，其各項技術已相當成熟，但在容量方面，已接近理論容量 372mAh/g。硅基負極憑借其極高的理論比容量（室溫下 3759mAh/g，400-500℃高溫下 4200mAh/g），遠超石墨負極，被視作新一代負極的優(yōu)質(zhì)材料。
除了容量優(yōu)勢，硅基負極還具有較低的脫嵌鋰電位，在充電時能夠避免表面出現(xiàn)析鋰現(xiàn)象。不過，硅基負極存在一個主要問題，即在充放電過程中體積膨脹明顯。因此，目前的硅基負極大多與石墨材料進行摻混使用，這樣既能提升電池容量，又能保證其他關鍵性能達到標準。
在各類負極材料里，金屬鋰擁有極高的比容量（3860mAh/g）和極低的電極電勢（-3.04V，相對于標準氫電極電勢），是能源材料領域極具前景的核心負極體系。但在金屬鋰電池中，金屬鋰的不均勻沉積會引發(fā)鋰枝晶生長，增加界面副反應，還會加劇負極體積膨脹，從而降低電池的充放電效率和循環(huán)壽命。
1.3 應用場景升維，從替代液態(tài)電池到開創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)
固態(tài)電池下游應用場景豐富多樣，這是其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力源泉。在新能源汽車、儲能系統(tǒng)和消費電子等傳統(tǒng)電池領域，它能夠滿足長續(xù)航、多循環(huán)和微型化的需求；在低空經(jīng)濟、人形機器人等新興領域，它也能作為可行的能源來源，是未來高科技產(chǎn)業(yè)的重要基礎。
一方面，固態(tài)電池能解決傳統(tǒng)領域的痛點問題，推動產(chǎn)業(yè)技術進步。在新能源汽車領域，固態(tài)電池可解決續(xù)航和安全性方面的痛點，其能量密度理論上能達到 500Wh/kg，可支持車輛續(xù)航超過 1000 公里；在消費電子領域，它能讓手機等電子產(chǎn)品實現(xiàn)更輕薄的結(jié)構(gòu)，同時提升耐用性和使用壽命。
另一方面，固態(tài)電池能引領新興領域發(fā)展，成為未來產(chǎn)業(yè)升級的基石。eVTOL（電動垂直起降飛行器）對電池能量密度有硬性要求，需達到 400Wh/kg 及以上，而這一目標的實現(xiàn)必須依賴半固態(tài)及全固態(tài)電池技術的突破；固態(tài)電池也是人形機器人的理想適配能源之一，它不僅能顯著延長機器人的續(xù)航時間，還具有不易燃、無腐蝕、不揮發(fā)等特性，能最大限度提高機器人在室內(nèi)工作的安全性。
1.4 三大固態(tài)電解質(zhì)體系各有優(yōu)劣，適配不同場景
固態(tài)電解質(zhì)主要分為聚合物電解質(zhì)、氧化物電解質(zhì)和硫化物電解質(zhì)三大體系。每種體系的優(yōu)缺點決定了它們不同的應用場景和發(fā)展?jié)摿Α?
聚合物電解質(zhì)體系由高分子聚合物基體、鋰鹽及添加劑構(gòu)成。常用的高分子聚合物基體如聚氧化乙烯（PEO）、聚丙烯腈（PAN）等，具有良好的機械柔韌性，易于處理和制造，在機械性能和界面相容性方面表現(xiàn)出色。這種材料可實現(xiàn)薄膜化，適用于多種電池結(jié)構(gòu)。但它在常溫下離子電導率較低，高溫條件下熱穩(wěn)定性差、易老化，且電化學穩(wěn)定窗口較窄，這些特性限制了其在高性能電池中的應用。
氧化物電解質(zhì)是含有鋰、氧以及磷、鈦等其他成分的化合物。按照電解質(zhì)成分，可分為晶態(tài)和非晶態(tài)型。晶態(tài)氧化物電解質(zhì)制造成本較低，可制備容量型電池，容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，主要包括 GARNET（石榴石）型、NASICON（快離子導體）型等。氧化物電解質(zhì)具有高機械強度、物理化學穩(wěn)定性強、耐壓性好等優(yōu)勢，在高溫條件下仍能保持較高的鋰離子電導率。不過，它的界面接觸能力差、界面穩(wěn)定性較低，且制備工藝復雜、成本較高，這些缺陷嚴重制約了其商業(yè)化應用。
硫化物電解質(zhì)如 Li-Ge-P-S 體系，具有極高的鋰離子電導率，機械強度高，與高容量硫正極材料兼容性好，靈活的結(jié)構(gòu)使其應用范圍較廣。但硫化物材料對水和氧氣敏感性高，本身還存在潛在易燃性，且制造工藝復雜、成本高，這些因素阻礙了其大規(guī)模商業(yè)化進程。
綜合來看，國內(nèi)外主要汽車和電池企業(yè)都將目光聚焦于硫化物全固態(tài)電池，主流發(fā)展路線基本清晰。寧德時代、豐田、三星 SDI 等企業(yè)均專注于硫化物電解質(zhì)的研發(fā)，硫化物電解質(zhì)憑借高離子電導率和良好的界面接觸性能，明顯優(yōu)于氧化物和聚合物路線。這種材料組合能使電池能量密度達到 350-500Wh/kg，遠超當前液態(tài)電池 300Wh/kg 的上限。根據(jù)歐陽明高院士在第二屆中國全固態(tài)電池創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇的發(fā)言，2025 年全固態(tài)電池的發(fā)展將確定主攻技術路線。
1.5 多項規(guī)范政策出臺，支持固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展
國家不斷出臺多項政策，鼓勵固態(tài)電池的發(fā)展與創(chuàng)新。2022 年 6 月，工信部發(fā)布《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022-2030）》，首次將固態(tài)電池列為高效儲能技術發(fā)展方向；2023 年 1 月，工信部等六部門制定的《關于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》，進一步細化了對固態(tài)電池標準體系研究的強化要求；2023 年 12 月，工信部提出的《關于加強新能源汽車與電網(wǎng)融合互動的實施意見》，要求推動動力電池循環(huán)壽命提升至 3000 次及以上，攻克高頻度雙向充放電工況下的電池安全防控技術；2024 年 6 月發(fā)布的《鋰電池行業(yè)規(guī)范條件（2024 年本）》，進一步規(guī)范了對固態(tài)單體電池產(chǎn)品的性能要求。
2025 年 4 月發(fā)布的《2025 年汽車標準化工作要點》，提出推動制定固態(tài)電池標準子體系，加快全固態(tài)電池等標準研制，為固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供政策指引。次月發(fā)布的《全固態(tài)電池判定及試驗方法》，首次明確 “全固態(tài)電池” 的定義，要求離子傳遞完全通過固體電解質(zhì)實現(xiàn)，與混合固液電解質(zhì)電池形成嚴格技術分界，推動固態(tài)電池行業(yè)向規(guī)范化方向發(fā)展。
1.6 國內(nèi)外廠商齊頭并進，2027 年目標量產(chǎn)
海外企業(yè)的全固態(tài)電池預計在 2026 年后實現(xiàn)量產(chǎn)。日韓和歐美企業(yè)在該領域的研究布局較早，研發(fā)規(guī)模較大。從技術路線來看，日本和韓國企業(yè)主要布局硫化物技術路線，歐美企業(yè)的技術路線則較為多元。
從技術路線和規(guī)劃來看，國內(nèi)企業(yè)聚焦高鎳三元 + 碳硅負極 + 硫化物路線，部分企業(yè)還采用多元化電解質(zhì)布局。全固態(tài)電池能量密度在 400Wh/kg 左右，預計在 2027 年前后實現(xiàn)量產(chǎn)。
工藝革新驅(qū)動制造設備升級
2.1.固態(tài)電池生產(chǎn)流程變化
傳統(tǒng)液態(tài)電池生產(chǎn)流程
傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)工藝流程主要分為前、中和后道三個環(huán)節(jié)：前道為極片制造，多采用濕法制 備正負極片。將混合導電劑、粘接劑的漿料均勻涂覆在正負極片，后經(jīng)過烘干與集流體輥壓 復合，再通過分切設備將寬幅極片切割為符合電芯尺寸的窄條形成電極片。 中道工序聚焦電芯組裝，需要進行注液、焊接和密封。通過卷繞或疊片工藝將正負極片與隔 膜組合成電芯主體，隨后將電芯裝入金屬或鋁塑膜外殼中，并進行烘干以去除殘留水分，此 后注入電解液，最后通過焊接封口。 后道工序則注重電池性能檢測，重點在化成分容。流程包括清洗電芯表面殘留電解液，干燥 存儲以穩(wěn)定電解質(zhì)狀態(tài)，以及通過檢測設備對電池外觀、尺寸和電性能進行篩選，最終通過 充放電激活電池并測試實際容量。
固態(tài)電池生產(chǎn)流程
固態(tài)電池前道工藝可以采用干法或濕法。濕法與傳統(tǒng)液態(tài)前道工序基本無異；干法電極為近 年新興技術，具有低成本、低能耗、高性能的優(yōu)勢。干法電極是在干燥狀態(tài)下混合活性物質(zhì)、 導電劑與粘結(jié)劑，經(jīng)干法涂布成形，后通過輥壓復合至集流體表面；電解質(zhì)膜亦可通過干/濕法制備，干法可通過輥壓/熔融擠出/靜電噴涂三種方式成膜，國內(nèi)主要使用輥壓為主，最后 進行分條定型。 中段取消隔膜、注液工藝，新增膠框印刷、等靜壓。經(jīng)輥壓和分條完成定型后，在疊片前會 增加膠框印刷環(huán)節(jié)，把樹脂音刷到電極邊緣形成回形框，在壓力下起到支撐絕緣作用，隨后 通過疊片堆疊極片與電解質(zhì)層。在進入后道前，通常添加等靜壓環(huán)節(jié)以提升電解質(zhì)與極片的 致密性，優(yōu)化界面接觸；半固態(tài)則仍需保留隔膜結(jié)構(gòu)、注液量較少僅需浸潤。 后段工藝不變，改用大壓力化成。部分全固態(tài)電池通過大壓力化成設備對電芯施加高壓，常 規(guī)電池拘束壓力要求 3-10t，固態(tài)電池化成拘束壓力一般要求 60-80t（10Mpa 壓強/單個電 芯）；部分會使用預鋰化技術。
相比傳統(tǒng)液態(tài)鋰電制作，固態(tài)電池的制造工藝變化主要集中在前、中道。由于固態(tài)電池材料 易與水、空氣等其它物質(zhì)反應，整體、生產(chǎn)組裝環(huán)節(jié)的密封性有不同程度提升。
2.2.前道環(huán)節(jié)：干電極助力降本，電解質(zhì)成膜工藝創(chuàng)新
前道環(huán)節(jié)：濕法制膜的設備與傳統(tǒng)液態(tài)電池差異較??；若引入干法工藝，則對應需新增干法 電極、涂布設備等。干法工藝的核心在于成膜技術，被視為未來的主要趨勢。干法不僅是電 池降本的有效手段，也適配全固態(tài)電池的制片工藝，與濕法電極工藝相比，具有更高的負載 能力且不易開裂，更適用于硫化物電解質(zhì)的特性。
干法電極設備
干電極核心優(yōu)勢在于低成本。從干法制備電極的工藝流程來看，相較于傳統(tǒng)鋰離子電池制程 大大縮短，不需要使用溶劑及其相關的蒸發(fā)、回收和干燥設備，能耗也顯著降低，因此對電 池制造降本增效具有積極意義。根據(jù)美國干電極設備供應商 AM Batteries，采用其干法設備 可在電極制造中節(jié)省 40%的資本支出和 20%的運營支出，同時能耗和碳排放也將降低 40%。對 于硅基負極而言，干法電極工藝也被視為解決其循環(huán)性能和倍率性能瓶頸的有效手段之一。
干法電極設備用于制備固態(tài)電池的正負極電極，替代傳統(tǒng)濕法涂布工藝。干法工藝是硫化物 固態(tài)電池剛需，由于硫化物固態(tài)電解質(zhì)對空氣和水分高度敏感，干法工藝成為其量產(chǎn)的必要 條件。目前干法電極的研究主要有通過噴涂方式和通過輥壓方式進行制備兩種開發(fā)策略。
涂布設備
涂布設備將固態(tài)電解質(zhì)均勻涂覆在電極表面，形成離子傳導層。干法電極涂布機采用無溶劑 工藝，實現(xiàn)高能量密度電極制備，確保電極材料的均勻性和一致性。先導智能全固態(tài)整線解 決方案覆蓋全固態(tài)電極制備，2025 年公司為韓國頭部電池企業(yè)客戶定制的固態(tài)干法電極涂布 設備已順利發(fā)貨至客戶現(xiàn)場。贏合科技推出了第三代干法混料纖維化+干法成膜工藝集成化 設備。
錕壓設備
輥壓是成膜環(huán)節(jié)關鍵工序，干法工藝設備要求提升。輥壓的核心目標是將膜片厚度減薄至滿 足疊片或連續(xù)收卷需求，同時提升膜片的張力與強度，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，是保證電極厚度均 勻一致的關鍵步驟。干法電極工藝對輥壓設備的性能提出了更高要求，特別是在工作壓力、 輥壓精度和均勻性方面。由于干法電極缺乏液態(tài)溶劑的潤濕作用，顆粒間結(jié)合力較弱，因此在輥壓過程中需要通過更大的外部壓力來實現(xiàn)顆粒的緊密壓實。此外，輥壓精度和膜厚均勻 性對電極的成品率、能量密度和電池性能穩(wěn)定性至關重要。 輥壓機的成膜性能及生產(chǎn)效率是決定干法工藝能否實現(xiàn)量產(chǎn)的核心要素。干法輥壓的速度和 壓力直接影響極片的壓實密度，行業(yè)領先水平的壓實密度目標為負極壓實>1.6g/cm3，三元正 極壓實>3.5g/cm3，鐵鋰正極壓實>2.5g/cm3。在生產(chǎn)效率方面，成膜的速度和寬度是關鍵因 素。清研納科提出，負極成膜速度需達到>80 米/分鐘，正極成膜速度>50 米/分鐘，幅寬>1000 毫米，并實現(xiàn)多幅（6 幅）制造，才能接近濕法電極的生產(chǎn)效率（雙面濕法速度可達 160m/min）， 滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求。
2.3.中道環(huán)節(jié)：疊片+極片膠框印刷+等靜壓技術
中道環(huán)節(jié)：疊片工藝在固態(tài)電池裝配工藝中有望成為主流，配套設備精度要求大幅提升，需 要使用無隔膜疊片機替換傳統(tǒng)疊片卷繞機械；新增膠框印刷機用于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；新增等靜壓設 備用以增強電芯內(nèi)組件界面之間的接觸效果，等靜壓材料致密化能力可遷移至固態(tài)電池中， 改善孔隙率與電極和電解質(zhì)的界面復合問題。
疊片機：全固態(tài)主流裝配工藝，精度要求大幅提升
疊片工藝是全固態(tài)電池的主流裝配方案。全固態(tài)電池需在無液態(tài)介質(zhì)條件下實現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì) 層與電極層的緊密貼合，無機電解質(zhì)由于韌性和延展性較差無法適用傳統(tǒng)液態(tài)電池中常見的 卷繞工藝，而疊片工藝可以通過正極、固體電解質(zhì)膜和負極的簡單堆疊實現(xiàn)電池各組件的集 成，從工藝成熟度、成本、效率等方面考慮，是最適用于全固態(tài)電池的裝配工藝。當前，豐 田、Quantum Scape 等頭部企業(yè)均以疊片工藝為核心推進全固態(tài)電池量產(chǎn)。因此在固態(tài)電池 中段設備中，疊片機有望取代卷繞機占據(jù)主導地位。
固態(tài)電池對疊片設備提出嚴苛要求。一方面，疊片壓力需要精準控制，既要保證相鄰極片之 間的貼合度，又要避免固態(tài)電解質(zhì)產(chǎn)生微裂紋，直接導致電池短路；另一方面，在壓合過程 中，容易出現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)膜與電極膜之間因橫向作用力而發(fā)生相對偏移的問題，且疊片過程 中，正負極邊沿處容易因壓合作用而出現(xiàn)彎折接觸而導致短路的情況，因此固態(tài)電池用疊片 設備需要具備更高的精度和穩(wěn)定性。
膠框覆合技術：提升固態(tài)電池極片貼合度，避免內(nèi)短路問題
在固態(tài)電池制造領域，現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝仍存在不成熟之處。具體而言，在將裁斷后的極片料 卷（單片極片）與其他極片進行復合、進而制備固態(tài)電池電芯的過程中，一個突出的問題是 難以實現(xiàn)相鄰極片間的高精度貼合。這種貼合不良的狀況最終會造成固態(tài)電池電芯質(zhì)量受損。 為了解決這一影響電芯性能的關鍵貼合度問題，利元亨在其公開的專利中提出了固態(tài)電池極 片膠框覆合方法。該專利技術能夠顯著增強復合過程中相鄰極片間的貼合程度，以此保障所 生產(chǎn)固態(tài)電池電芯的質(zhì)量水平。
等靜壓設備：致密化與界面問題的潛在解法
固態(tài)電池設備開發(fā)側(cè)重高壓致密化與電極/電解質(zhì)復合。在傳統(tǒng)液態(tài)電池中，電極孔隙通過 液態(tài)電解液的浸潤形成連續(xù)的離子傳輸通道，然而固態(tài)電池中固態(tài)電解質(zhì)的剛性特征使其難 以充分填充高孔隙結(jié)構(gòu)，因此固態(tài)電池中孔隙率需控制在 5%以下，才能保證鋰離子的快速傳 導。同時，固態(tài)電池中電極/電解質(zhì)界面的物理接觸質(zhì)量遠遜于液態(tài)體系，界面阻抗成為性能 的主要限制因素。為了解決上述問題，高壓致密化工藝、電解質(zhì)&極片復合工藝成為固態(tài)電池 制造的關鍵工藝，設備開發(fā)的重點落在增強電解質(zhì)/電極緊密復合和電極致密化，提升界面 均勻性。 等靜壓是一種先進的材料致密化技術。等靜壓技術是將待壓件的粉體置于高壓容器中，利用 液體或氣體介質(zhì)不可壓縮和均勻傳遞壓力的性質(zhì)從各個方向?qū)庸ぜM行均勻加壓，使粉體 各個方向上受到的大小一致的壓力，從而實現(xiàn)高致密度、高均勻性坯體的成型。在這過程中， 材料的特性與尺寸、形狀、取樣方向無關，而與材料的成型溫度、壓力有關。等靜壓技術本 身是一項成熟的技術，在陶瓷、粉末冶金等領域已有廣泛應用。在固態(tài)電池中，傳統(tǒng)熱壓、 輥壓方案提供壓力有限且施加壓力不均勻，難以保證致密堆積的一致性要求，進而影響電池 性能。而等靜壓技術可以有效消除電芯內(nèi)部的空隙，提升電芯內(nèi)組件界面之間的接觸效果， 進而增強導電性，提高能量密度，并減少運行期間的體積變化。
按成型和固結(jié)時的溫度高低，等靜壓機主要分為冷等靜壓機、溫等靜壓機、熱等靜壓機三類。 冷等靜壓是目前最常用的等靜壓成型技術。冷等靜壓機在常溫下運行，無需加熱裝置，一 般由加壓站、冷卻系統(tǒng)、缸體（鋼筒）、框架、上端塞（頂蓋）、控制柜等組成。通常利用 液體（例如水或油或乙二醇混合液體）為壓力介質(zhì)，利用橡膠和塑料作包套模具材料，相 比熱等靜壓，可對粉末施加更高的壓力（100-630MPa），可為下一步燒結(jié)、煅造或熱等靜壓 等工序提供具有足夠強度的“生坯”，并可在燒結(jié)之前對其進行較為精細的機械加工，顯著 減少燒結(jié)后制品的加工量。在固態(tài)電池應用領域，有研究人員利用冷等靜壓技術制備石榴 石基超薄柔性復合固態(tài)電解質(zhì)膜，另有研究人員采用冷等靜壓-高溫固相法制備Li6.3Al0.15La3Zr1.75Ta0.25O12 固態(tài)電解質(zhì)。
溫等靜壓存在一定調(diào)控難度，海外企業(yè)有所布局。溫等靜壓機利用液體或氣體作為工作介質(zhì)， 在密閉容器中通過增壓系統(tǒng)逐步加壓，使得被加工的物體在各個表面受到相等的壓強，并在 模具限制下完成成型過程。與冷等靜壓機相比，溫等靜壓機在工作過程中會加熱介質(zhì)或工件， 以達到特定的溫度條件，從而促進材料的致密化、擴散或相變等過程，工作溫度一般不超過 500℃，壓強范圍可達 300MPa 左右。但是溫等靜壓的溫度和壓力對于制品有著很大的影響， 較難實現(xiàn)對溫度的精準控制，同時工作缸內(nèi)均溫性也難以得到保證。據(jù)鋰電中國和中國工藝 新聞網(wǎng)的報道，三星 SDI 在固態(tài)電池產(chǎn)線中測試中采用了水壓和輥壓工藝的溫等靜壓機，瑞典高壓設備專業(yè)供應商 Quintus Technologies 在其電池應用中心投入的 QIB180 實驗室電池 壓機也是溫等靜壓機。
熱等靜壓適用性好但成本較高。熱等靜壓機需要以較為昂貴的氬氣、氮氣、氦氣等惰性氣體 或其他混合氣體作為壓力介質(zhì)，向制品（粉體或已經(jīng)成型的樣品）施加各向同等壓力 （100~200MPa）的同時利用加熱爐對制品施加 1000~2200℃的高溫，從而使制品得以燒結(jié)或 致密化的過程。在固態(tài)電池生產(chǎn)中，熱等靜壓機能夠確保電池組件在高壓和高溫下受到均勻 的壓力，從而產(chǎn)生高度均勻的材料，提高電池的整體性能；可控性強，通過調(diào)節(jié)壓力和溫度 等參數(shù)，可以精確控制固態(tài)電池的致密化和界面接觸過程，滿足不同應用場景的需求；適用 范圍廣，熱等靜壓機適用于不同材料和結(jié)構(gòu)的固態(tài)電池生產(chǎn)，具有廣泛的適用性。
2.4.后道環(huán)節(jié)：新增高壓化成設備
后道環(huán)節(jié)：固態(tài)電池要求大壓力化成，化成壓力要達到 60-80 噸，由此產(chǎn)生高壓化成分容設 備需求，低壓化成被替換為高壓化成，需配備高壓化成分容機以激活固態(tài)電池性能。固態(tài)電 池需要高壓化成的核心原因在于其獨特的固-固界面特性和離子傳導機制，這與傳統(tǒng)液態(tài)電 池的化成過程存在本質(zhì)差異。 解決固固界面接觸問題：固態(tài)電解質(zhì)與電極之間是剛性接觸，存在微觀空隙和接觸不良，必須通過高壓（通常 60-100MPa）壓制才能消除界面空隙，增大有效接觸面積，促進固態(tài)電解 質(zhì)與電極的物理/化學結(jié)合。 激活離子傳導通道：固態(tài)電解質(zhì)離子電導率低，需要高壓化成實現(xiàn)強制鋰離子穿透固固界面 屏障，在界面處形成離子導通網(wǎng)絡，以及降低界面阻抗。
帶動下游產(chǎn)業(yè)升級，eVTOL+人形機器人打開增量空間
3.1.研發(fā)能力提升，全固態(tài)電池將迎來黃金發(fā)展期
截至 2023 年，全球固態(tài)電池專利申請量排名前 5 的國家和地區(qū)依次為：日本、中國、美國、 韓國、歐洲。日本的專利申請量排名世界第一，在電池領域的研究起步早、積累豐富。日本 打造車企和電池廠共同研發(fā)體系，政府資金扶持力度超2千億日元，力爭 2030 年實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化。中國的專利申請量排名世界第二，自 2016 年以來專利申請量躍居世界首位。
2022 年以來，固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得了明顯進展，但是目前仍然面臨著尚未完全解決的離子電導率問題、固固界面問題和循環(huán)性能問題等，預計其產(chǎn)業(yè)化時間節(jié)點將在 2030 年 左右。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，2024 年中國固態(tài)電池行業(yè)市場規(guī)模已經(jīng)達到 20 億元， 2025 年固態(tài)電池市場規(guī)模預計達到 86 億元，2026 年將進一步增長到 205 億元，2030 年中國 固態(tài)電池行業(yè)市場規(guī)模將達到 1163 億元。
根據(jù) EV Tank 數(shù)據(jù)顯示，2023 年中國固態(tài)電池行業(yè)出貨量已經(jīng)達到 1GWh，預計 2024 年固態(tài)電池出貨量達到 3.3GWh，2025 年進一步增長到 11.1GWh，固態(tài)電池量產(chǎn)實現(xiàn)后出貨量進一步快速增長，進入快速增長期，在 2030 年預計出貨量達到 614.1GWh。 根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，目前固態(tài)電池的滲透率較低，2023 年固態(tài)電池滲透率不到 0.1%， 隨著固態(tài)電池的發(fā)展以及量產(chǎn)，滲透率快速提升，預計 2030 年固態(tài)電池滲透率可以達到 10%。
3.2.固態(tài)電池與 eVTOL 完美契合
eVTOL 飛行器主要由機體子系統(tǒng)、導航通訊與飛控子系統(tǒng)、動力子系統(tǒng)和能源子系統(tǒng)構(gòu)成。 eVTOL 的動力系統(tǒng)采用分布式推進系統(tǒng)（DEP，Distributed Electric Propulsion），該設計使其 能夠提升動力系統(tǒng)的安全性冗余、有效降低本機噪音（降低約 10%~15%）和最大限度提升動 力系統(tǒng)的能源使用效率。 對于 eVTOL 飛行器來說，電池有兩項關鍵性能指標與 eVTOL 綜合性能緊密相關，一是能 量密度，一是功率密度。相比較來說，電池功率密度（單位質(zhì)量電池的放電功率大?。┦?eVTOL 飛行器更關鍵的性能指標，因為它決定了 eVTOL 是否可以安全起飛和著陸。而另一方面， 能量密度（電池平均質(zhì)量所釋放出的電能）大致上決定了 eVTOL 的航程范圍，目前 300Wh/Kg 能保證 200~300 公里航程。
作為 eVTOL 技術的核心組件，電池的性能和安全性直接決定了 eVTOL 飛機的性能和市場 接受度。能量密度方面，eVTOL 垂直起飛所需要的動力是地面行駛的 10-15 倍，商用門檻高 達 400Wh/kg，且未來能量密度要求將會達到 1000Wh/kg，遠高于當前車用動力電池的能量密度；充放電倍率方面，eVTOL 的飛行需要經(jīng)歷起飛、巡航、懸停等階段，其中起降階段要求 電池的瞬間充放電倍率在 5C 以上；安全性能、循環(huán)壽命等方面，eVTOL 對電池的要求也極為嚴苛。
政策引導，eVTOL 將成為固態(tài)電池商業(yè)化的助推劑。2024 年 3 月 27 日，工信部等四部門印 發(fā)《通用航空裝備創(chuàng)新應用實施方案（2024-2030 年）》，明確提出推動 400Wh/kg 級航空鋰電 池產(chǎn)品投入量產(chǎn)，實現(xiàn) 500Wh/kg 級航空鋰電池產(chǎn)品應用驗證。鑒于傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池能量密 度限制和 eVTOL 對電池性能的高要求，固態(tài)電池有望率先在 eVTOL 市場放量。
2025 年，隨著低空場景應用的拓展與落地，相關電池企業(yè)訂單及融資等動態(tài)不斷，國內(nèi)電池企業(yè)密集加碼低空經(jīng)濟賽道：寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、長虹能源、珠海冠宇、孚能科技、欣旺達、贛鋒鋰業(yè)等。
3.3.固態(tài)電池：人形機器人突破 “最后一公里” 的關鍵推手
人形機器人的發(fā)展之所以迫在眉睫，本質(zhì)上是人類社會向 “人機共生” 文明躍遷進入臨界狀態(tài)的體現(xiàn)。當勞動力缺口不斷擴大、AI 技術日趨成熟、能源革命取得突破、地緣競爭愈發(fā)激烈等多重因素相互疊加、形成共振，人形機器人的發(fā)展就不再是 “是否有必要” 的選擇題，而是 “能以多快速度實現(xiàn)” 的生存命題。
當前，人形機器人面臨的 “能源之困” 具體表現(xiàn)在三個方面。其一，鋰電池續(xù)航能力欠佳，導致作業(yè)頻繁中斷，比如特斯拉 Optimus 僅能支持數(shù)小時的基礎任務；其二，電池的體積和重量占比過高，限制了機器人在靈活性和輕量化設計上的突破；其三，在極端溫度環(huán)境下，電池性能會衰減，還存在潛在的熱失控風險，這阻礙了人形機器人在工業(yè)、救援等場景的應用。而這些短板，恰好能與固態(tài)電池的高能量密度、快速充放能力、結(jié)構(gòu)緊湊性以及熱穩(wěn)定性形成完美互補。
當固態(tài)電池與人形機器人深度融合，這場 “能源革命” 將重新定義機器人的能力邊界。更高能量密度的電池能支持機器人進行全天候自主作業(yè)，超快充技術能讓機器人像人類一樣 “即充即用”，其本質(zhì)上的安全特性還能拓寬機器人在家庭、醫(yī)療等敏感場景的應用范圍。
2025 年，隨著技術的不斷迭代和應用場景的持續(xù)拓展，固態(tài)電池未來有望成為人形機器人能源系統(tǒng)的首選，主要體現(xiàn)在以下四個方面。第一，傳統(tǒng)鋰電池的能量密度已接近理論極限（約 300Wh/kg），而固態(tài)電池通過用固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)，能量密度理論上能提升至 500Wh/kg 以上，可為人形機器人的高強度作業(yè)提供更持久的動力支持。第二，人形機器人在工業(yè)巡檢、家庭服務等場景中可能會遇到碰撞、高溫等極端環(huán)境，液態(tài)鋰電池存在漏液、短路甚至爆炸的風險，而固態(tài)電池的固態(tài)電解質(zhì)具有更高的熱穩(wěn)定性，即便受到外力沖擊，也能保持結(jié)構(gòu)完整。第三，固態(tài)電池體積更小、重量更輕，能顯著優(yōu)化人形機器人的機械設計，例如特斯拉 Optimus 的迭代版本采用固態(tài)電池后，整體重量減輕了 15%，騰出的空間被用于提升關節(jié)靈活性和傳感器密度。第四，人形機器人需要集成更多的傳感器和 AI 模塊，能耗壓力大幅增加，固態(tài)電池的高能量密度和低自放電率能為復雜算法和多模態(tài)交互提供能源保障。
具身智能機器人有望成為拉動鋰電池需求增長的重要動力，同時推動高能量密度、高安全性電池技術的迭代升級，重塑細分市場格局。
根據(jù)高工機器人產(chǎn)業(yè)研究所的數(shù)據(jù)，預估 2025 年中國人形機器人市場銷售量將達到 7300 臺，市場規(guī)模有望接近 24 億元；到 2030 年，銷量將達到 16.25 萬臺，市場規(guī)模將超過 250 億元；預計 2031 年，人形機器人將進入快速起量期；到 2035 年，銷量有望達到 200 萬臺左右，屆時中國人形機器人市場規(guī)模有望接近 1400 億元。
總結(jié)：
從技術本質(zhì)來看，固態(tài)電池以固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)液態(tài)電解液，從根源上解決了液態(tài)電池在安全性、能量密度等核心性能上的瓶頸。其高安全性（800℃高溫不起火）、高能量密度（當前 400-500Wh/kg，理論可突破 500Wh/kg）、長循環(huán)壽命（超 5000 次）及寬溫適應性等優(yōu)勢，已成為下一代電池技術的核心方向。從發(fā)展階段看，半固態(tài)電池已邁入產(chǎn)業(yè)化，全固態(tài)電池雖仍處研發(fā)攻堅期，但在硫化物等電解質(zhì)路線的突破、國內(nèi)外企業(yè)試產(chǎn)線落地及政策標準完善的推動下，量產(chǎn)曙光日益清晰，2027 年前后有望實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
在產(chǎn)業(yè)應用層面，固態(tài)電池正從 “替代液態(tài)電池” 向 “創(chuàng)造新需求” 升級。在新能源汽車領域，它將推動續(xù)航突破 1000 公里，解決安全痛點；在消費電子領域，助力設備向輕薄化、長續(xù)航演進。更重要的是，它為 eVTOL、人形機器人等新興領域提供了 “能源鑰匙”——eVTOL 所需的 400Wh/kg 以上能量密度、人形機器人對安全與續(xù)航的雙重需求，均需依賴固態(tài)電池技術的成熟。據(jù)測算，2030 年中國固態(tài)電池市場規(guī)模將達 1163 億元，人形機器人等下游場景的爆發(fā)更將打開增量空間。
從產(chǎn)業(yè)鏈維度，固態(tài)電池不僅帶動自身材料（高鎳正極、硅基負極、硫化物電解質(zhì)）與工藝（干法電極、等靜壓、高壓化成）的革新，還將重塑設備市場格局。隨著技術路線明確、政策規(guī)范完善及國內(nèi)外廠商齊頭并進，固態(tài)電池正從 “技術概念” 加速走向 “產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實”，未來不僅會改寫電池行業(yè)的競爭格局，更將成為支撐新能源與高科技產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的核心基石。
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