時(shí)間：2025-08-19 來(lái)源：高工鋰電
隨著GWh級(jí)別的訂單開(kāi)始浮現(xiàn)，固態(tài)電池的商業(yè)化閉環(huán)似乎正初步形成。
然而，支撐當(dāng)前訂單交付的并非顛覆性的全新生產(chǎn)模式，而主要是對(duì)傳統(tǒng)鋰離子電池濕法涂布設(shè)備的改造和革新。
這批早期但意義重大的商業(yè)訂單，如同一場(chǎng)壓力測(cè)試，迫使行業(yè)直面一個(gè)核心矛盾：在終極的“干法”工藝遠(yuǎn)未成熟之際，如何利用現(xiàn)有的“濕法”工具箱，去制造一顆真正屬于下一代的電池？
將傳統(tǒng)電池中的液態(tài)電解液與隔膜，替換為一層固態(tài)電解質(zhì)膜，是通往固態(tài)化的核心步驟。
此過(guò)程的關(guān)鍵在于盡可能減薄電解質(zhì)層以最大化能量密度，濕法涂布工藝正是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主流選擇。但這并非簡(jiǎn)單的材料替換，它從根本上重塑了工藝的基礎(chǔ)物理學(xué)。
高固含量漿料引發(fā)基礎(chǔ)制造變革
要理解這場(chǎng)變革的艱巨性，必須首先明確：固態(tài)電池的濕法涂布，遠(yuǎn)非簡(jiǎn)單的材料替換，它從根本上改變了漿料體系的物理學(xué)本質(zhì)。
理想的電池漿料需具備“剪切變稀”的流變特性：在涂布泵送時(shí)粘度足夠低以保證流動(dòng)性，而在靜置烘干時(shí)又能維持結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以防顆粒沉降。
傳統(tǒng)鋰電漿料的固含量通常在60%至70%之間，其調(diào)控核心在于處理好μm級(jí)的活性物質(zhì)與納米級(jí)的導(dǎo)電劑這兩種顆粒的均勻混合。
當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)作為一種主要的固體組分被引入后，整個(gè)體系轉(zhuǎn)變?yōu)椤案还滔唷?。顆粒間距的縮短導(dǎo)致范德華力等相互作用急劇增強(qiáng)，不僅使?jié){料整體粘度大幅攀升，更易形成難以分散的硬團(tuán)聚。
這些團(tuán)聚會(huì)在涂布時(shí)造成涂層厚度不均、條痕、針孔等缺陷，最終損害電池性能。
更深層的挑戰(zhàn)在于，整個(gè)系統(tǒng)從相對(duì)簡(jiǎn)單的“雙峰顆?！保é蘭級(jí)活性物質(zhì)+納米級(jí)導(dǎo)電劑）演變?yōu)橐粋€(gè)復(fù)雜的“多峰顆?！惫不祗w系。
固態(tài)電解質(zhì)作為第三種主要固體組分，其獨(dú)特的粒徑、密度和表面性質(zhì)，使得工程挑戰(zhàn)升級(jí)為在一個(gè)擁擠的懸浮體系中，實(shí)現(xiàn)三種以上物理化學(xué)性質(zhì)迥異的固體顆粒的均勻共混。
這就引出了新的失效模式。例如，密度較大的NMC正極材料和密度相對(duì)較低的固態(tài)電解質(zhì)，在重力場(chǎng)下會(huì)產(chǎn)生不同的沉降速率。
這意味著，即使在涂布瞬間是均勻的，在隨后的靜置和烘干過(guò)程中，膜片內(nèi)部也可能發(fā)生垂直方向的“分層”。這種“垂直不均勻性”會(huì)造成局部離子導(dǎo)電路徑堵塞，增加界面阻抗，對(duì)電池的長(zhǎng)期可靠性構(gòu)成直接威脅。
氧化物路線：性能優(yōu)先與兼容優(yōu)先的路徑分化
更進(jìn)一步來(lái)看，不同的固態(tài)電解質(zhì)化學(xué)體系，為濕法涂布帶來(lái)了截然不同的難題。
對(duì)于氧化物路線，其電解質(zhì)本質(zhì)上是堅(jiān)硬、脆性的陶瓷材料。當(dāng)這些μm級(jí)陶瓷顆粒被制成高固含漿料并高壓輸送時(shí)，它們?nèi)缤傲鲃?dòng)的砂紙”，會(huì)對(duì)管道，特別是經(jīng)過(guò)精密加工的狹縫涂布模頭，產(chǎn)生劇烈的磨蝕。這不僅縮短了昂貴設(shè)備的使用壽命，其磨損產(chǎn)生的金屬碎屑還可能混入漿料，構(gòu)成安全隱患。
在此背景下，產(chǎn)業(yè)路徑出現(xiàn)顯著分化。
其一，是以美國(guó)QuantumScape為代表，優(yōu)先尋求材料性能根本性突破的路線。
他們直面氧化物顆粒間接觸阻抗高的天然缺陷，選擇在濕法涂布后，增加一道高達(dá)700°C甚至1000°C以上的高溫?zé)Y(jié)工序。其目標(biāo)是通過(guò)高溫使陶瓷顆粒熔接成一個(gè)致密的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，從根本上解決離子傳輸問(wèn)題。
據(jù)了解，QuantumScape最新的進(jìn)展是其熱處理設(shè)備效率提升了25倍。然而，這一選擇的矛盾在于，它追求材料性能的極致，卻與現(xiàn)代電池制造講求效率的卷對(duì)卷連續(xù)化生產(chǎn)理念背道而馳。高溫將直接摧毀集流體、粘結(jié)劑乃至活性材料本身。
其二，是以鵬輝能源等為代表，更注重工藝兼容性與商業(yè)化效率的路線。
鵬輝能源宣稱，其電解質(zhì)濕法涂布工藝能繞開(kāi)燒結(jié)，實(shí)現(xiàn)280-300Wh/kg的高能量密度，且成本有望與傳統(tǒng)鋰電持平。
這一聲明背后，揭示了另一種更具兼容性的策略。行業(yè)普遍認(rèn)為，這并非指用濕法制造純粹的厚陶瓷膜，而是通過(guò)材料體系的巧妙設(shè)計(jì)，將氧化物的角色從主角變?yōu)榕浣恰?
例如，僅使用少量氧化物粉末（幾個(gè)wt%）作為“填料”或“界面改性劑”混入正極漿料，或與聚合物形成復(fù)合層，再或利用溶膠-凝-膠等方式制備超薄界面。
這種方法的本質(zhì)，是以犧牲一部分電解質(zhì)的“純粹性”，換取對(duì)現(xiàn)有龐大生產(chǎn)體系的最大兼容，從而在商業(yè)化落地的速度上搶占先機(jī)。
硫化物路線：性能與工藝約束下的艱難平衡
如果說(shuō)氧化物路線展現(xiàn)的是策略分歧，那么硫化物路線則面臨著一連串環(huán)環(huán)相扣、難以掙脫的技術(shù)約束。
相較于氧化物，硫化物體系一度被認(rèn)為更需要干法工藝，以規(guī)避其化學(xué)不穩(wěn)定的特性。
然而，產(chǎn)業(yè)界的實(shí)際選擇卻呈現(xiàn)出截然不同的圖景。據(jù)高工鋰電在2025年CIBF上的觀察，濕法涂布已是當(dāng)前大部分企業(yè)制備硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜的主流方法。
這背后的動(dòng)機(jī)清晰且務(wù)實(shí)。
首先，這是當(dāng)前將膜片減薄至20μm級(jí)別、同時(shí)保證規(guī)模化生產(chǎn)的最可靠路徑，廣汽團(tuán)隊(duì)已證實(shí)1.8mS/cm的高離子電導(dǎo)率可在此工藝下實(shí)現(xiàn)。
其次，濕法工藝為硫化物引入的柔性聚合物，實(shí)際上為脆弱的電解質(zhì)膜提供了卷繞生產(chǎn)所必需的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)能夠在電池循環(huán)中有效緩沖應(yīng)力，防止顆粒開(kāi)裂與脫落。
然而，這種優(yōu)勢(shì)的背后，是一個(gè)深刻的內(nèi)在矛盾。硫化物材料本身對(duì)極性溶劑（如NMP）的化學(xué)脆弱性，是整個(gè)技術(shù)鏈的核心挑戰(zhàn)。它會(huì)導(dǎo)致材料分解，并釋放劇毒的硫化氫氣體。這帶來(lái)兩大難題：
一是溶劑的選擇范圍受到嚴(yán)格限制： 只能選用非極性或弱極性溶劑，選擇范圍極為狹窄，且這些溶劑本身通常也存在毒性、揮發(fā)性強(qiáng)、回收困難等問(wèn)題。
二是粘結(jié)劑面臨溶解性與粘結(jié)性的內(nèi)在矛盾： 溶劑的限制進(jìn)一步傳導(dǎo)至粘結(jié)劑。有高校研發(fā)團(tuán)隊(duì)指出，能溶于非極性溶劑的橡膠基粘結(jié)劑，粘結(jié)強(qiáng)度往往不足；而粘結(jié)性強(qiáng)的商用粘結(jié)劑，卻因含有極性基團(tuán)而無(wú)法在非極性溶劑中有效溶解。
粘結(jié)劑在溶解性與粘結(jié)性上的難以兼顧，已成為當(dāng)前硫化物濕法工藝的核心瓶頸之一。
為突破這一系列約束，產(chǎn)業(yè)鏈正在艱難探索。在涂布方式上，成本低廉的刮刀涂布是各家中試線的優(yōu)選，但其精度和均勻性缺陷使其難堪量產(chǎn)重任。
因此，具備高精度且系統(tǒng)封閉的狹縫涂布，因能有效隔絕硫化物與外界環(huán)境，被視為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模安全生產(chǎn)的必然選擇。
設(shè)備商的響應(yīng)與系統(tǒng)性挑戰(zhàn)
電池技術(shù)的制造難題，正迅速轉(zhuǎn)化為上游設(shè)備商的商業(yè)機(jī)遇。面對(duì)下游客戶的需求，設(shè)備企業(yè)正積極部署，商業(yè)化落地進(jìn)程同步開(kāi)啟。
曼恩斯特近期發(fā)布的高溫涂布系統(tǒng)，提供了一個(gè)極具針對(duì)性的解決方案。
它直擊高固含漿料粘度大、流動(dòng)性差，以及熱穩(wěn)定性與工藝精度難以把控等痛點(diǎn)，通過(guò)將涂布過(guò)程加熱至40℃-65℃溫區(qū)（溫度精度控制在±1℃以內(nèi)，CPK≥1.67），顯著改善漿料的流動(dòng)性和涂層均勻性。
這一創(chuàng)新不僅是為固態(tài)電池“補(bǔ)課”，更能反哺基于高鎳材料的液態(tài)電池突破比能瓶頸，為全行業(yè)提升能量密度提供了關(guān)鍵工藝支撐。
此外，曼恩斯特還展示了覆蓋前后段的“干、濕混合的固態(tài)電池極片制造解決方案”，并在最終薄涂固態(tài)電解質(zhì)層時(shí)，采用濕法狹縫涂布技術(shù)結(jié)合砂磨機(jī)處理，以確保涂層的極致均勻性。
其他頭部設(shè)備商的布局也印證了這一趨勢(shì)。先導(dǎo)智能采取了更為穩(wěn)健的干、濕法固態(tài)涂布系統(tǒng)并行研發(fā)的路線。
其濕法工藝通過(guò)采用特殊的涂布結(jié)構(gòu)，已能夠?qū)崿F(xiàn)固態(tài)電極的高速、大幅寬生產(chǎn)，并可滿足10μm至60μm厚度范圍的量產(chǎn)需求，顯示了其在精密控制上的深厚技術(shù)儲(chǔ)備。目前，其多套固態(tài)電池核心設(shè)備也已實(shí)現(xiàn)出貨。
商業(yè)訂單的落地是市場(chǎng)走向成熟最直接的信號(hào)。贏合科技已向國(guó)內(nèi)某頭部電池企業(yè)成功交付了一批固態(tài)濕法涂布設(shè)備。
同時(shí)，該公司也在布局復(fù)合轉(zhuǎn)印及連續(xù)復(fù)合設(shè)備，旨在解決電極與電解質(zhì)膜之間高效復(fù)合的產(chǎn)線級(jí)難題。
璞泰來(lái)也已透露，其包括濕法涂布機(jī)在內(nèi)的固態(tài)電池相關(guān)新設(shè)備，已取得訂單并有部分交付。
然而，擁有先進(jìn)的設(shè)備只是解決了部分問(wèn)題。更深層次的挑戰(zhàn)或在于材料、工藝與最終產(chǎn)品形態(tài)的深度耦合，這催生了新的工藝難題。
有高校研發(fā)團(tuán)隊(duì)指出，通過(guò)濕法工涂布藝制備的電解質(zhì)膜，目前仍難以兼顧高離子電導(dǎo)率和高柔韌性。
這背后依舊是適配性粘結(jié)劑的篩選范圍過(guò)窄，及其分子量和結(jié)構(gòu)調(diào)控困難的問(wèn)題。粘結(jié)劑的選擇與在膜中的微納尺度分布，直接決定了最終電解質(zhì)膜的性能。這表明，即便是看似兼容現(xiàn)有設(shè)備的濕法路線，也要求材料與工藝的高度共振。
結(jié)語(yǔ)
審視當(dāng)下，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化并非一條線性演進(jìn)的理想路徑，而是在多重矛盾和約束條件下，不斷尋找局部最優(yōu)解的動(dòng)態(tài)過(guò)程。
從漿料的微觀結(jié)構(gòu)管理，到硬質(zhì)顆粒的磨損，再到化學(xué)體系與工藝設(shè)備的深度綁定，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn)，正從傳統(tǒng)的電化學(xué)領(lǐng)域，大規(guī)模擴(kuò)展至機(jī)械工程、摩擦學(xué)、粉末冶金和精密過(guò)程控制的范疇。
這意味著，未來(lái)能夠在固態(tài)電池制造領(lǐng)域取得成功的企業(yè)，必須具備深厚的跨學(xué)科整合能力。
濕法涂布，作為一項(xiàng)從傳統(tǒng)液態(tài)電池產(chǎn)線繼承而來(lái)的“折中”技術(shù)，是當(dāng)前推動(dòng)固態(tài)電池走向規(guī)?；a(chǎn)最現(xiàn)實(shí)、最經(jīng)濟(jì)的路徑。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，其大量使用溶劑所帶來(lái)的環(huán)保與成本壓力始終存在。因此，在濕法工藝不斷迭代優(yōu)化的同時(shí)，干法工藝的持續(xù)演進(jìn)仍是業(yè)界不可動(dòng)搖的最終目標(biāo)。
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