固态电池制备工艺：多路线并行，技术持续突破
思瀚产业研究院    2025-09-29

多样的制备工艺

主流工艺在技术成熟度、加工性能和经济性上存在差异。技术成熟度顺序为压延法>气相沉积法>液相法>电沉积法；加工性能顺序为气相沉积法、液相法>压延法>电沉积法；经济性顺序为液相法>压延法>气相沉积法>电沉积法。商业化进展方面，压延法会率先实现规模化落地；液相法和气相沉积法作为长期潜在方向，目前距量产和规模化仍有较大距离。

物理法：包括挤压和辊压技术，像擀面皮一样压薄锂金属，这种方法简单直接，但锂金属太软，容易粘在机器上，导致薄片不均匀，厚度通常在20 微米以上。而电子束物理气相沉积，相对好一些，用高能电子束把锂金属“烤化”成蒸汽，像喷雾一样喷到基材（比如铜箔）上，形成超薄锂层。后续还有磁控溅射，就是用磁场控制锂金属原子像 “粒子雨” 一样均匀洒在基材表面，形成薄膜。这方法在实验室常用，但量产成本高，而且锂金属容易氧化。

电化学法：在电解液里通电，让锂离子像 “游泳” 一样聚集到集流体（比如铜箔）表面，形成锂金属层。这有点像电镀，但锂金属很活泼，容易在表面形成 “皱纹”（枝晶），导致电池短路。目前还在实验室阶段。

自生成负极技术：通过在充放电过程中直接沉积锂金属形成负极，避免了传统石墨负极的使用。宁德时代提出的自生成负极技术能够显著提升电池的能量密度。

蒸发镀和液相法：蒸发镀技术特别适用于低熔点和高蒸气压的材料，液相法则通过熔融锂涂覆在集流体上制备锂金属负极。这两种方法均具备制备超薄锂带的潜力，但离规模化量产仍有较大距离。目前，压延法已实现规模化生产，但在制备超薄锂带方面存在限制。

无负极方案：推进锂金属负极走向应用

无负极方案。无负极锂金属电池因其高能量密度而备受关注，但实际应用受限于锂库存损失、正极降解和锂离子可逆性差等问题。西北工业大学马越团队提出了一种集成Li₂ S@C牺牲层的聚烯烃隔膜，通过在Ah级无负极软包电池中补充定制的Li⁺ 库存，并建立具有高电压耐受性（高达4.5 V）的含锂多硫化物的正极界面，实现了多尺度界面稳定化这种预锂化方法展示了规模化潜力和通用适用性，可用于无负极/少负极锂金属电池的界面化学稳定化。

自宁德时代发布自生成负极技术后，近期又独立完成的锂金属电池研究成果于 5 月 28 日发表在国际顶级期刊《自然纳米技术》（即 Nature Nanotechnology）。研究解析了实际产品设计条件下的锂金属电池失效机制，并提出创新电解液设计原则，以实现兼具高能量密度与长循环寿命的锂金属电池产品。

《自然纳米技术》作为《自然》五大子刊之一，是纳米材料科学领域影响力全球领先的顶级期刊。宁德时代研究团队通过独创的动态追踪技术，量化电解质失效机制，首次揭示锂金属电池失效的核心消耗路径——研究结果表明，电解液盐在循环中消耗量高达 71%，远超学界预期。基于此发现，团队引入低分子量稀释剂优化电解液配方，实现循环寿命较前代产品翻倍至 483 次。同样的电解液设计逻辑，可进一步支持电池能量密度突破 500Wh/kg，使电动航空规模化、超千公里续航电动汽车成为可能。

蒸镀法：工艺带来技术突破

英联股份依托蒸镀工艺的技术优势研发出应用于固态电池的锂金属/复合集流体负极一体化材料。蒸镀工艺是种薄膜制备技术，能够实现纳米级的材料沉积，从而提高材料的均匀性和一致性。这种技术在锂金属负极材料的制备中能够有效解决锂金属负极在充放电过程中的枝晶生长问题，提高电池的安全性和循环寿命膜制备技术，能够实现纳米级的材料沉积，从而提高材料的均匀性和一致性。这种技术在锂金属负极材料的制备中具有显著优势，能够有效解决锂金属负极在充放电过程中的枝晶生长问题，提高电池的安全性和循环寿命。

与传统轧制工艺相比，蒸镀技术可将锂带厚度从传统的15-20μm降至仅2-3μm，能量密度提升30%以上。更薄的锂金属层意味着更轻的电池重量和更高的能量密度，这正是动力电池厂商梦寐以求的技术突破。

在材料纯度方面，蒸镀工艺保证材料纯度高达99.95%以上，大幅减少杂质带来的安全隐患。同时，该技术实现了原子级别的界面平整，有效降低了锂枝晶生成风险，解决了困扰固态电池多年的安全痛点。

蒸镀工艺还能掺杂元素将锂金属升级为锂合金负极，并在锂金属表面蒸镀保护层，原位生成人工SEI膜，进一步提升了电池的能量密度和循环寿命。

测试数据显示，采用该技术的电池循环寿命有望提升3倍以上，远超行业现有水平。英联股份在应用该领先技术后获得了头部车企技术研究院的战略合作，预计一年内实现新型材料量产。

通过热蒸镀工艺生产的锂金属负极的生产成本可以分为九个类别：碳酸锂、加工碳酸锂、劳动力、折旧、变动间接费用、一般费用、销售和管理费用、融资以及其他制造成本。

为了实现1000 Wh/L的能量密度和5.4 mAh/cm2的面积容量，锂负极不应超过17微米，同时在1250次循环后保持75%的容量，需要达到至少99.929%的库仑效率。因此，制造约17微米锂薄膜最有希望的技术是热蒸镀。技术经济评估显示，基于能源价格，这种厚度的锂金属负极可以以每平方米4.30美元的成本生产，电池包的成本为每千瓦时158美元。虽然这表明制造固态电池的成本虽然较高，但其快充、高能量密度和安全性在未来电池发展中展现出巨大的潜力。

压延法：较为成熟，有工艺迭代空间

压延机常以辊子数目及排列方式分类。辊子数目有双辊、三辊、四辊。三辊压延机主要用于生产片材，四辊机可生产较薄制品，还可完成双面贴胶的操作，目前采用较为广泛。辊子排列方式很多，以倒L形和Z形用得较多，各间隙均可调整。压延机的规格用辊子外径和辊子的工作部分长度表示。辊子可通入蒸汽或过热水加热。通常压延机还必须和其他辅助设备组合成一条生产线才能进行生产。

压延法是当前较为成熟的工艺，历史悠久，有望实现产业化和规模化。其工艺为先挤出，再通过压延进一步做薄。当前市场主流锂带厚度比20微米更厚，受碟片压或卷绕处理超薄材料的技术限制，目前较好水平是20微米。未来几年，20微米锂带大概率仍是主流，但长期并非理想状态。固态电池锂负极理想厚度为5- 6微米，过厚会导致锂冗余，不利于能量密度提升和降本。压延法有工艺迭代空间，继续做薄可能，20微米并非极限，是近期可见的规模化工艺。

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