固态电池出于特殊需求，新增预包覆、印胶等工艺
思瀚产业研究院    2025-11-24

1、材料预覆膜：利用ALD覆膜可解决固态电池材料的多重痛点

硫化物全固态电池量产仍受固-固界面、电解质膜机械强度不足、硫化物毒性等问题影响。①固-固界面：固-固界面接触为核心瓶颈，低界面接触导致电池能量密度、性能下降，且会发生化学副反应生成高阻抗界面消耗活性锂离子，从而影响循环寿命、倍率性能及电池可靠性。 ②机械强度：硫化物电解质膜杨氏模量<2 GPa，连续辊压会出现开裂、断带等问题。③安全问题：硫化物遇水即生成剧毒H₂S，需设置产线露点到<-40 ℃环境，生产成本显著提高。

材料覆膜是固态电池正极、负极及电解质粉体在前道制备环节中的关键稳定化工艺。其主要作用是提升材料结构强度、抑制界面副反应、优化成膜质量，并改善后续压制和循环过程中的界面稳定性。覆膜方式多样，其中 ALD（原子层沉积）是典型代表，可实现高度均匀、可控的表面包覆：①构筑致密物理屏障，阻断正极与电解质之间的副反应，抑制元素互扩散，避免高阻界面相生成；②改善固-固界面接触，提供连续离子通道，保障锂离子高效迁移；③具备良好力学适配性，有助于连续、快速卷对卷工艺的稳定运行。

正负极界面缓冲层包覆可系统性提升电池性能与循环稳定性。（1）正极：三元NCM811表面构建2nmLi₃PO₄超薄层，界面阻抗由>1000Ω·cm²骤降至50Ω·cm²，1C循环1000次容量保持率>80%，首次库伦效率提升至85.4%，显著抑制极化及电解质副反应。（2）负极：锂金属表面沉积Al₂O₃纳米层，可均匀化锂离子通量、延缓枝晶成核，界面稳定性提升>3倍。（3）硫化物电解质：颗粒级LiNbO₃包覆兼具空气与界面双重保护，阻断H₂O侵蚀并抑制H₂S生成，界面阻抗降至传统体系1/3，为硫化物全固态电池规模化落地提供关键材料支撑。

此外，我们认为若LiNbO₃包覆层可彻底隔绝水汽、阻断H₂S生成，硫化物电解质有望摆脱真空与防毒环境依赖，能够适配湿法产线，且不需要额外环境处理&防毒设备投入，显著降低电池厂CAPEX。

2、材料预覆膜：薄膜包覆&沉积可采用多种工艺，ALD性能最佳

固态电池界面包覆主流路线涵盖ALD、CVD、PVD 与凝胶工艺，其中ALD 综合性能最优。传统溶胶-凝胶及CVD方案虽可部分缓解界面副反应，但受限于涂层均匀性差、厚度不可控、对多孔/曲面结构保形能力不足，难以满足量产需求。

ALD 方案优势显著：（1）逐层自限生长，厚度可精准调控至亚纳米级，契合固态电池超薄界面需求；（2）保形性优异，即便面对高比表面积多孔电极或纳米粉体，仍可实现100%均匀覆盖；（3）材料体系多元，可沉积氧化物、氮化物、硫化物乃至有机-无机杂化层，覆盖全电池体系；（4）界面功能一体化，同步阻隔副反应并构筑高速离子通道，助力固态电池循环寿命与能量密度双提升。

3、印胶：为防止极片发生偏移导致短路，新增印胶设备需求

全固态电池采用叠片、等静压等工艺来集成正负极片，但在这些工艺过程中，极片容易发生偏移或倾斜，进而引发短路问题。在全固态电池制造中，通常采用叠片工艺将正极、固体电解质和负极层叠集成，随后通过等静压工艺确保界面紧密接触。但这一过程中，极片边缘容易因压力过大发生塌陷、错位或变形，导致正负极直接接触而短路，影响电池安全和良率。同时，全固态电池为了保证界面接触，通常需要施加大压力，这也会增加极片边缘变形导致内短路的风险。

全固态电池的正极、负极及电解质均为干态固体材料，普遍具备高脆性、低延展性、易碎裂等特征。固态电池的正极材料（如 NCM、LFP 等）多为高密度烧结结构，断裂韧性约 0.8-1.0 MPa·m¹ᐟ²；负极材料（如硅碳复合、锂金属等）延展性更差，韧性仅约 0.15-0.4 MPa·m¹ᐟ²；氧化物与硫化物类固态电解质多为陶瓷结构，断裂韧性通常不足1.0 MPa·m¹ᐟ²（E.g. 氧化物约为0.5-1.0 MPa·m¹ᐟ²、硫化物约 0.2-0.3 MPa·m¹/²），仅为液态体系隔膜或复合极片的十分之一，干态脆性材料在叠片与压合过程中极易破裂，导致离子通道中断、枝晶生长及良率下降。

为解决极片变形或倾斜导致短路，极片印胶工艺成为刚需。目前主要有三种工艺：

（1）胶框复合：现在PET载体上制备胶框，随后与极片进行卷对卷复合。复合胶框通常由硬质层与弹性层构成，其中弹性层位于硬质层与集流体之间，可在提供稳定机械支撑的同时，缓冲应力并保持界面贴合。复合材料通常具有良好的机械性能和绝缘特性，能够为极片提供稳定的支撑，同时隔绝正负极，避免短路。该工艺具备良率高、效率快的优势，但对设备精度和工艺控制要求严苛。

（2）开槽印胶：通过激光器在极片上开槽，后将胶水填充至槽内并完成UV固化，从而实现对极片边缘的密封与保护，防止正负极短路。具体步骤为：①激光制痕：使用超快激光器（皮秒级）在极片边缘精确刻蚀15-20μm微槽或痕道，为UV胶注入提供精准路径；②注入绝缘胶：将UV胶（紫外光固化绝缘胶）喷涂或填充到激光沟槽中，围绕极片形成封闭的胶框结构；③紫外固化：UV灯照射快速固化胶水，确保胶框稳定成型；固化后的胶框附着在极片边缘，提供支撑并耐受后续高压压合。该工艺成品最优，但目前节拍相对较慢。

（3）3D打印：利用3D打印设备将具有绝缘、阻隔水分特性的框胶材料精准打印在电极极片周围或电解质表面，形成回形框，防止正负极直接接触造成内短路。该技术可实现微米级别的精准制造控制，能够根据电芯的形状和尺寸快速定制胶框，但受限于3D打印效率，仅适配于小型电池极片。

4、 补锂：受新增工艺及电池结构差异影响，补锂技术成为刚需

固态电池相比液态电池的活性锂流失量显著增大，主要系：

（1）固-固界面的孔隙率会导致活性锂粉化，导致锂离子永久失效。无溶剂混料使正极、电解质颗粒处于“硬-硬”点接触状态；在约 600 MPa 等静压作用下，脆性的固态电解质及活性颗粒易产生微裂纹。随着裂纹的扩展，电极活性物质逐渐粉化，固态电解质也易发生断裂。裂纹及粉化区域形成局部电化学隔离区，其中残留的锂无法重新参与嵌脱反应，逐步转化为“死锂”，长期累积后显著降低活性材料利用率与可逆容量。

（2）固态电池缺乏电解液浸润的自修复能力，导致首圈成膜和循环过程中大量锂损失。因无法通过电解液修复裂纹，固态电池的负极表面必须在点接触面积上形成一层形成更厚的SEI保护膜（约为液态体系的 2–3 倍），导致首圈约 5–10% 的活性锂被消耗用于成膜，使电池的不可逆容量损失超过10%。进入循环后，固态电解质无法缓冲负极的体积膨胀，导致每次充放电都在极片内产生水平裂纹→活性颗粒电隔离→新鲜表面暴露→SEI再生长，形成持续耗锂的“死循环”。同时，微裂纹和晶界成为锂金属蠕变的低阻通道，最终形成锂枝晶，引发电池短路。

补锂能够补偿固态电池首圈不可逆锂损，提升首效与循环稳定性。补锂通过在负极预置少量可释放锂源，使初始循环中负极所需的锂离子得到补充，从而提高体系整体锂含量并改善界面稳定性。以图示体系为例，在LNMO正极中加入 5 wt% 的 Li₂ZrO₃ 后，电池首效提升约 15%，循环容量保持率提升约 30%，有效降低了首次不可逆容量损失，并改善了长期循环性能。

目前液态&固态电池工艺中，补锂以负极预锂为主，正极补锂则作为辅助路径用于提升整体锂丰度与稳定性。（1）负极补锂：常通过在负极材料或集流体表面引入可释放锂源（如复合锂带、金属锂蒸镀等）来补偿不可逆锂耗，具备效率高、锂剂量可控的特点，是当前主流技术路线。（2）正极补锂：通过引入少量富锂正极材料（如LNO、LFO）可在一定程度上提升首效至94%、延长循环寿命约50%，适用于高能密度或液-固界面稳定性较差的应用场景。常见补锂材料包括：金属锂、富锂锰酸锂（Li-rich NMC）、富锂铁酸锂（Li-rich LFO）以及锂锆复合氧化物（如Li₂ZrO₃）等。

直接辊压复合锂带是一种工艺流程最简、成本最低、锂利用率最高的负极补锂技术路径，具备最强的工程兼容性。该技术通过将超薄金属锂带直接辊压于负极片表面，无需电化学反应，即可完成锂源预置，避免副产气体与电解液适配问题，具备全干法特征。工艺省去蒸镀与预锂化等步骤，可直接进入电芯装配环节，已在瑞浦兰钧、赣锋锂业等企业实现规模化落地，适用于石墨、硅碳等多类负极。

除直接复合锂带外，当前负极补锂技术还包括真空蒸镀锂、化学锂化和电化学预锂三类主流方案；真空蒸镀工艺产业化概率最大。

（1）真空蒸镀锂：通过锂源蒸发系统将超薄金属锂沉积于极片表面，膜厚均匀性高（偏差＜5%），可实现单/双面补锂，适用于高精密研发与中试场景。但设备成本高、工艺复杂，目前多处于小批量试产阶段。

（2）化学锂化：利用金属锂与添加剂（如Si、Sn粉）在溶剂中原位反应形成锂化合物，工艺灵活、原料丰富，但锂分布均匀性较差，副产物控制难度大，存在一定安全风险，目前已在部分项目中量产应用。

（3）电化学预锂：通过三电极体系，精准控制电压电流，将锂原位嵌入负极，具备最高锂化效率（>98%）与良好深度控制能力，适用于复杂结构负极。但因需额外电芯组装与分解步骤，主要用于示范验证或功能化材料研究。

5、物料系统：向高精度、高密封、自动化方向演进，以确保固态电池安全高效生产

为了确保固态电池的高性能与安全生产，物料系统在配比精度、生产安全和效率成本三个方面进行严格把控：

提升配比精度：固态电池材料体系复杂，多种固体粉末和液体助剂的精确配比是保证电池性能一致性的基础。固态电解质如硫化物制备往往涉及多种前驱粉末（硫化锂、硫化磷等），投料精度的微小偏差都会显著影响离子电导率。例如，在 Li₂S–P₂S₅体系中，配比偏差±3 mol% 即可使电导率从约 17 mS/cm 下降至 12–14 mS/cm（下降约 25-30%）。因此，自动计量系统需将误差控制在万分级，以确保批次间一致性与性能稳定。

提高设备密封性：部分固态材料对湿气极度敏感且有毒，生产流程需在全封闭环境中进行。①安全：当硫化物固态电解质材料与空气中的氧气、水蒸气发生不可逆的水解反应后，会释放有毒的硫化氢气体，带来安全隐患，②性能：硫化物接触氧气后会导致离子电导率下降，影响电池性能。因此，投料过程必须在在惰性气体保护下通过全封闭自动投料系统进行。投料、混合和转运全过程需严格控制环境条件，确保氧气和水蒸气含量低于1ppm。所有操作都在手套箱或密封舱内进行，并配备0.1秒响应时间的硫化氢激光监测系统和3秒内启动的碱液喷淋应急系统，以确保安全。

全自动化运行：传统人工配料费时费力且易出错，自动化系统可24小时连续运行，大幅提高产能，并减少原料浪费。

更多行业研究分析请参考思瀚产业研究院官网，同时思瀚产业研究院亦提供行研报告、可研报告（立项审批备案、银行贷款、投资决策、集团上会）、产业规划、园区规划、商业计划书（股权融资、招商合资、内部决策）、专项调研、建筑设计、境外投资报告等相关咨询服务方案。