机械设备行业深度报告：固态电池产业加速发展，关注设备投资机遇

分析师赵璐登记编号：S1220524010001固态电池产业加速发展，关注设备投资机遇机 械 团 队 • 行 业 深 度 报 告证券研究报告 | 机械设备 | 2025年07月31日报告摘要◼ 全固态电池：核心是将电解液+隔膜替换为固态电解质。固态电解质虽然本身不能提升能量密度，但相比电解液，固态电解质具备更稳定、更安全，电化学窗口宽（可达到5V以上）等性质，因此可以兼容高比容量的正负极，如高电压正极、富锂基、硅负极、锂金属负极等材料，进而大幅提升电芯能量密度。此外，在安全性方面，固态电解质的热稳定性、化学稳定性较高，不会泄漏、燃烧或爆炸，从而降低了热失控的风险，提高了电池的本征安全性。进展方面，各电池厂/车企在2027年前后量产，预估产量可于2027年前达GWh 水平，各国普遍规划2030年能量密度达500Wh/kg。◼ 对此，日、韩联盟式研发，欧美自主研发+投资入局，各国开启“军备竞赛”，各国均出台政策支持。国内国资委、工信部也先后出台重大支持项目，25、26、27年分别有工信部项目中期审查、硫化物全固态装车示范（能量密度400Wh/kg)、1000辆示范性装车应用等关键节点。在支持政策加持下，国内固态电池商业落地有望加速。◼ 半固态电池：是在锂离子电池中引入固态电解质,同时保留少量电解液，正负极为三元/磷酸铁锂/磷酸锰铁锂+石墨/硅碳/锂金属，制备工艺仍主要沿用传统锂离子电池工艺与装配技术。目前，国内半固态电池产业化进度领先海外2-3年，在技术与成本上基本达到商业化量产要求。◼ 电解质：主要分为硫化物、氧化物、聚合物、复合固态电解质等路线。综合来看，硫化物综合表现最佳（尤其在离子电导率、电化学稳定窗口等方面），但需突破成本问题。分地区来看，亚洲更关注硫化物路线，北美、欧洲更关注聚合物、氧化物路线。SMM预计到2035年，硫化物的路线占比有望达到43%左右，有望逐步成为主流路线。◼ 正负极材料：1）正极：固态电池的正极材料可以继续沿用当前的磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元NCM等材料体系，其中比较常用的材料主要是高镍多元材料、富锂锰基材料。2）目前已广泛应用的负极材料包括石墨类、L𝑖4T𝑖5O12、无定形碳（硬碳、软碳）、硅基材料、锂合金等。固态电池的负极材料主要有碳族负极、硅基负极、金属锂负极3类。其中，锂金属、硅负极最具成为固态电池负极材料的潜力。3）但目前，正极-电解质仍然存在物理接触不良、空间电荷层、元素交叉扩散，负极-电解质存在弱稳定性、物理接触不良等问题。◼ 设备变化：EV Tank在白皮书中指出，全固态电池在纤维化、胶框印刷、等静压环节需要引进全新的定制设备，在干混、辊压、叠片、化成分容环节，需要对设备进行精细化升级改造，在其他工序段则对现有设备进行适当改造。据Ofweek锂电网，目前，液态电池单GWh设备成本约为1亿元，而全固态电池约为4-5亿元。这种差异主要源于设备效率降低、设备数量增加（等静压机需多台配置提升产能）、干法工艺难度指数级上升三个方面，但随着未来设备国产替代+规模效应显现，设备有望逐渐降本。◼ 根据我们的初步测算，预计到2030年固态电池出货量将达到209GWh,其中，半固态电池147GWh，全固态63GWh。预计2030年固态电池设备市场规模约为408亿元，其中半固态设备市场规模220亿元，全固态设备市场规模189亿元。当前，固态电池设备企业形成“传统锂电龙头转型+新兴势力专精”的双轮驱动格局，液态电池龙头设备企业依托规模化制造经验快速切入，而清陶能源等则通过全链条自研构建技术护城河。随着2025年固态电池初步商业化，国产设备商有望复制光伏、锂电设备的国产替代路径，在全球高端装备市场占据主导地位。◼ 投资建议：重点关注：先导智能（具备整线交付能力）、赢合科技（涂覆设备已成功发货到国内头部客户现场）、联赢激光（固态电池激光焊接设备）；前道设备厂商纳科诺尔（最早参与固态设备研发的企业之一，开发了锂带压延、电解质成膜、转印等设备）、宏工科技（先发布局干法混料纤维化设备）、曼恩斯特（“湿法+干法”的双线产品布局）；布局中道设备焊接厂商海目星（激光焊接）、骄成超声（超声波焊接）；后道设备厂商杭可科技（化成分容设备）。◼ 风险提示：宏观经济及产业政策波动风险、技术进展不及预期风险、原材料价格波动风险、技术迭代风险21.固态电池产业进程加速1.1 固态电池:锂枝晶问题出现及锂电池发展路径的分化41958 年，锂金属因低比重、极低电势、极高质量能量密度被引入电池材料。锂电池发展早期均以锂金属电池为研究对象（金属锂电池主要采用锂金属（也称为锂合金）作为负极材料）。加拿大 Moli 公司于 80 年代末实现Li/Mo2 锂金属电池的首次商用。然而在 1989 年，Li/Mo2电池因严重的锂枝晶问题起火，引发了锂电池安全性恐慌，锂金属二次电池发展陷入停滞。锂枝晶：在充放电循环过程中，Li+在电极（负极）表面被还原，且不均匀沉积而形成树枝状金属锂,其生长速度与充放电电流的大小相关。锂枝晶的生长会导致锂离子电池在循环过程中电极和电解液界面的不稳定，破坏生成的固体电解质界面（SEI）膜，在生长过程中不断消耗电解液并导致金属锂的不可逆沉积，形成死锂，造成低库伦效率；甚至还会刺穿隔膜导致锂离子电池内部短接，造成电池的热失控引发燃烧爆炸。随着电池循环使用，锂枝晶会不断扩大，有潜在风险穿破隔膜引起短路，进而增加安全风险。影响锂枝晶生长的主要因素包括：•（1）物理接触条件不理想：锂枝晶能够在电极与电解质之间的空隙中自由生长，当存在一个较好的物理接触时，就可以一定程度上避免锂枝晶形成。•（2）生成混合导体型界面：导致锂枝晶可能在电解质的晶界或缝隙中形成。•（3）固态电解质的表面孔隙：为锂枝晶的生长提供条件，特别是当锂离子向晶界的迁移速率超过晶内扩散速率时，晶界处锂枝晶的形成更为显著。资料来源：固态电池系综合性能的优化与控制，黄小琦，Lithium metal anodes for rechargeable batteries - Energy & Environmental Science、方正证券研究所（a）负极界面处的锂枝晶；（b）负极界面处的锂枝晶生长扩大锂枝晶的形成过程1.1 固态电池:锂枝晶问题出现及锂电池发展路径的分化5在锂金属锂枝晶安全问题的十字路口，有两种主要方案,锂电池产业发展路径开始分化。一是替代锂金属负极，即液态锂离子电池路线；液态锂电池：理论研究+材料体系+需求驱动其率先爆发。1980 年，Armand 提出锂离子电池模型，认为可以采用含锂离子的嵌入式材料替代锂金属。与此同时，钴酸锂正极、石墨负极等嵌入式正负极材料的突破进一步验证了锂离子模型的商业化可能性，再加之电解液体系发展相对成熟，1991 年索尼首次实现了锂离子电池商业化。液态锂离子电池也在消费电池和新能源电池的浪潮中率先完成产业爆发。二是替代电解液，即固态锂电池路线:固态锂电池：历经 30 年实现固态电解质突破，初步具备产业化逻辑。锂金属负极的锂枝晶问题第二种路线是替代电解液。1978 年，固态电解质开始得到研究，1999 年松下等企业对离子电导率不高的聚合物固态电池和凝胶半固态电池实现少量商用。直至2011