固态电池行业深度报告Ⅱ：硫化物进展加速设备材料先行

01硫化物路线进展加速，硫化锂材料是关键3固态电解质：目前技术路线未定，各有优劣01资料来源：《Solid-stateBattery

Roadmap

2035+》，《高性能硫化物基全固态锂电池设计：从实验室到实用化》（刘元凯等，物理化学学报,2023,

39(8):

2301027），长江证券研究所固体电解质 氧化物 聚合物 硫化物 卤化物定义含有锂和氧的化合物，以及其他组分，如

液体和固体之间的过渡态，主要是聚合物基

以锂和硫为主要成分，可由磷、硅、锗或卤磷、钛、铝、镧、锗、锌或锆 体+锂盐+添加剂 化物等补充含有卤原子，F、Cl、Br、I、At材料玻璃相（LiPOH）、NASICON型（LATP）、石榴石结构（LLZO）、钙钛矿结构（LLTO）等聚合物基体（PEO）+锂盐（LiTFSI）+添加熔融盐、共聚物等）亚硫化物类（LPS）、LGPS类（东工大路剂（纳米颗粒-锂镧锆钛氧、氧化石墨烯等、

线）、Thio-LISICONs（β-Li3PS4）、银石

Li3MX6（M代表Sc,

Y,

In或稀土金属;

X代类（Argyrodites，硫银锗矿等，三井金属和

表卤素）通式的三元卤化物材料高能时代的路线）工艺硬且脆，不适用于卷绕加工，需要高温烧结或者和聚合物复合，不然无法致密结合基本兼容现有锂电池生产设备及工艺，具备规模化生产优势需要在干燥的气氛中制造（吸湿容易产生硫化氢）室温压实，结构稳定性比较优秀成本相对适中不使用稀有金属，材料成本相对较低LGPS类含锗，价格高昂。其他子类成本适中必须加入稀土元素（如Y、Er、Sc或In），成本相对较高界面质硬，界面相容性差，可有效抑制锂枝晶生长，但体积变化无法补偿界面相容性较好，抑制锂枝晶生长能力有限质地柔软（冷压或者高压作用即可制备），界面相容性较好（杨氏模量低）界面稳定性安全性具有良好的机械稳定性和化学稳定性，对温度同样不敏感，可以在较宽的温度范围内工作较差，200℃以上有燃烧可能与氧气和水反应，生成硫化氢水分敏感，与锂金属反应离子电导率较高，但质地较硬，内阻较大室温电导率低，需要加热高（锂硫相互作用弱），接近甚至超过液态电解液离子电导率足够高电化学窗口~6V，兼容电极材料体系，对锂金属稳定较窄，难以运用高电位的正极材料~5V，低电位下易还原，高电位下易氧化电化学窗口范围较大%%4%%硫化物：离子电导率最高，发展潜力巨大硫化物电解质具有理想的离子电导率（媲美液态电解质），良好的电极材料兼容性（较宽的电化学窗口），是目前最理想的固态电解质之一，在全固态电池中发展潜力最大。但是亟待解决的问题多多：1）界面不稳定，容易发生副反应造成阻抗变大；2）碱性和水性环境下极易发生化学反应生成硫化氢；3）稀土金属的添加大幅提升了加工成本和材料成本。LGPS型和硫银锗矿型离子电导率高，同时硫银锗矿型SE具备低成本高稳定性特点，具备较好的发展前景。资料来源：郭沛,崔灿灿,孔德洁,等.“双碳”背景下固态锂电池用硫化物固态电解质的发展趋势[J/OL].化工进展，长江证券研究所由于硫化物电解质对空气中水分非常敏感，目前硫化物固态电解质的合成主要在封闭体系或者惰性气氛保护下%%5%%LGPS型LGPS（Li10GeP2S12）>10-3离子电导率高成本较高，需要用到贵金属锗，空气稳定性差丰田；东工大完成，分为机械球磨法、高温固相反应法和液相合成法。硫银锗矿银石Li7PS6Li6PS5X(X=Cl,Br,I)>10-3电化学稳定性好空气稳定性较差，成本较高，需要用到贵金属锗三井金属；马车动力和高能时代表：硫化物固态电解质类型及对应性能和技术路线类型 代表材料 离子电导率 优势劣势进展生产工艺玻璃-陶瓷态LPS>10-3离子电导率较高合成步骤复杂Thio-LISICON型β-Li3PS4<10-3合成简单，热稳定性好，电子电导率小离子电导率相对较低01硫化物：目前面临原料及电池多方面量产难题1）关键固态电解质材料的大规模生产和降本：包括大规划量产（克级到吨级），纳米级别制备（um级别做到nm级别），连续化生产以及成本控制；2）极片层面量产难题：包括混料（正负极材料+固态电解质混料），匀浆制片（湿法正负极的匀浆问题），干法电极生产3）电池层面量产难题：电池生产，装配，以及空气湿度控制4）终端应用：能量密度提升，电池容量保持，电池循环寿命资料来源：

Y.

Wu，《Industrialization

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Battery》

，长江证券研究所016硫化物：如何实现原材料大规模生产是首要难题图：固相法与液相法生产硫化物SE对比硫化物固态电解质目前面临大规模量产难题：原材料的一致性，粒径控制问题，同时硫化物SE对空气/水敏感，运输连接的密封也至关重要；一般来说，硫化物电解质制备方法可以分为三类：1）固相反应法：按照化学计量比加入原材料混合组成前驱体材料，前驱体材料加热到熔点熔融，之后将样品冷却到室温得到电解质材料，期间反应条件苛刻，同时直接高温下锂硫挥发，容易产生杂项；2）机械球磨法：在高速球磨的过程中，原料颗粒在冲击中实现碰撞扩散及反应；3）液相法：以有机溶剂为介质合成硫化物电解质，合成的电解质颗粒小且一致性好，但溶剂一般为有毒溶剂，同时液相法生产出来的硫化物电解质电导率略低于固相法。资料来源：Y.Wu，《Industrialization

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Battery》，姬兵《基于硫银锗矿型硫化物电解质的液相法制备及掺杂改性研究》，长江证券研究所图：液相法生产硫化物电解质离子电导率高高纯度高中等粒径大小大小环境影响√×材料成本高高生产成本中等高量产规模百吨级百吨级固相法 液相法工艺图01%%7%%硫化物：如何低成本生产是次要难题，核心在硫化锂图：硫化锂生产工艺情况硫化物电解质原料一般为硫化锂，五硫化二磷及氯化锂，其中硫化锂为主要原料。硫化锂在自然界并不稳定，在空气中易吸收水蒸气发生水解，放出剧毒硫化氢气体，可被酸分解放出硫化氢，可与硝酸剧烈反应；电池级硫化锂与工业级的区别在于产品的纯度和粒径要求不同。由于目前硫化锂售价高昂，且空气稳定性问题难解决，制备的时候需要比较好的空气保护，导致硫化物电解质量产难度在于如何实现硫化锂的大规模低成本量产。工艺方法 工艺原理 优点 缺点%%8%%球磨法在惰性气氛下，将单质硫和金属锂/氢化锂按比例混合后进行机械球磨反应得到硫化锂工艺简单、环境友好、无废液产生原料成本高（氢化锂）、反应时间长、转化率较低，所得产品存在杂项如多硫化锂等，不易提纯，产业化设备不易选型溶剂法将锂/锂化合物和硫/硫化合物在溶剂介质中混合反应制备硫化锂反应充分、无需高温能耗低产物为硫化锂+硫氢化锂，分离难度高高温高压法在惰性/还原保护气氛下，高温、高压使锂/锂化合物和硫/硫化合物通过还原或气相等反应制备硫化锂无有害气体产生高压设备要求高，设备选型难直接碳复合法好、形貌可控的硫化锂/碳复合材料资料来源：

韩建军《硫化锂制备工艺综述》，长江证券研究所利用碳的强还原性，在制备硫化锂的反应中直接加入

反应更易控制，解决了因硫化锂遇水、碳材料/碳材料前驱体，一步法合成分散均匀、性能良

氧敏感而导致的生产和储运困难的问题工艺不完善，产品质量不稳定01硫化物：上市公司工艺各异，液相法成本相对较低图：主流上市公司硫化锂生产工艺情况主流上市公司布局硫化锂的工艺路线各有千秋，主要集中固相法、液相法以及碳热还原法，其中以有研新材、容百为代表的使用固相工艺制备硫化锂，厦钨、天赐等使用液相工艺制备硫化锂及硫化物电解质，恩捷股份、容百采用碳热还原法制备硫化锂，并采用固相工艺制备硫化物电解质。从成本角度来看，液相法制备硫化锂存在一定的成本优势，但目前仍处于量产前期，后续成本下降情况需进一步验证。资料来源：

各公司专利书，长江证券研究所01恩捷股份有研新材天赐材料9硫化物：硫化锂目前成本占比70%+，后续降本空间大图：以高能时代环评书估算全固态硫化物电池成本构造以高能时代5Ah全固态电池估算，目前1Wh全固态电池的BOM生产成本在1.66元/Wh，其中假设硫化锂单吨售价在300万元/吨，对应硫化锂生产成本占电池生产成本75%左右，未来随着国产硫化锂技术逐步突破，假定硫化锂价格下降至30万元/吨，对应硫化物固态电池的BOM成本下降至0.54元/Wh，降本空间较大，未来有望实现与锂电池平价。75硫化锂三元材料PTFE五硫化二磷

氯化锂负极石墨 PVDFNMP

铝箔0.40.20.01.81.61.41.21.00.80.6300万元/吨30万元/吨20万元/吨15万元/吨硫化锂PVDF五硫化二磷

氯化锂PTFE

NMP三元材料 负极石墨铝箔图：不同硫化锂价格下固态电池BOM成本测算原料占比硫化锂75五硫化二磷0氯化锂2三元材料16负极石墨2PVDF1PTFE3NMP年单耗（kg/年）

1GWh单耗（/万

单价（万元/

成本（元吨） 吨） /Wh）20

0.042

300

1.320

0.042

1.6

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0.021

12

0.0100

0.208

13

0.355

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3

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5

0.010

0.021

25

0.120

0.042

1.2

0.001铝箔 30

0.063

1.5

0.0BOM成本 1.66资料来源：

高能时代环评书，长江证券研究所

单位：元/Wh%%10%%01硫化物：电池电极、电解质膜生产是第三大难题图：硫化物电解质及电池制备过程电池复合电极、电极膜生产难题：硫化物固态电解质生产后，电池极片选择复合极片，由活性材料、导电添加剂和SE组成，中间会存在界面问题，导致电极内阻增加，容量下降，如何克服内阻和容量问题是后续改进重点，复合极片制备中物料混合后，如何和集流体紧密粘连也是难题所在。硫化物电池大规模生产：难点在于干法电极、致密化加压、特定环境装配，其中干法电极难度在于粘合剂纤维化，目前合适的纤维化设备（例如高速气流吹扫、螺杆挤出机、轧机）仍在开发中；同时电极需要紧密的固体-固体接触，等静压300MPA是后续难题；最后硫化物SE对空气/水敏感，SE材料制造可能需要封闭循环惰性气氛，电池制造期间需要更严格的干燥条件。资料来源：

Y.

Wu，《Industrialization

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，长江证券研究所1）匀浆难题%%11%%3）等静压加压难题4）封闭惰性气体难题2）干法电极成膜难题01硫化物：产业链积极布局产能，产业化加速可期图：硫化物电解质及电池企业布局情况产业链中从上游锂盐厂、中游材料厂以及下游电池厂均布局硫化锂及硫化物固态电解质生产，后续随着国产硫化锂生产壁垒突破后，硫化锂售价有望下降，带动硫化物固态电池产业化进展加速。资料来源：

公司公告，长江证券研究所01公司 时间 产品 进展有研新材 2023年10月 硫化锂在固态电解质原材料方面有所布局，目前处于研发有一定突破后的小试阶段，同时配合国内外客户进行验证或小批量供货。公司现阶段仅专注于固态电解质原材料的研发和生产，暂无固态电解质产品的发展计划天赐材料2024年8月8月发布了固态电解质的发展战略，通过利用现有的液态锂盐生产平台，开发出了硫化锂路线的硫化锂+硫化物

固态电解质。选择这一路线主要系中长期成本优势会比较明显，未来能够协助固态电池进一步降本。同时公司也在配合硫化物固态电解质开发对应的添加剂，现阶段主要配合下游电池客户做材料技术验证，计划在2025年建设中试产线，做小批量的生产应用。恩捷股份2024年10月硫化锂硫化锂、电解质和电解质膜三个硫化物全固态产品线齐头并进，各有优势，目前内部测试结果显示，三个方向都有很好的表现硫化物固态电解质膜主要使用的是湿法工艺，厚度最薄可以做到30um固态电解质已经完成吨级LPSC电解质稳定制备，小粒径分布在400~800nm区间内，离子电导率高华为2024年11月华为公布一项硫化物固态电解质发明，未来能够满足EV、储能等多场景需求宁德时代2024年11月宁德时代硫化物进展更新，其全固态电池开始样品验证，固态电池团队整体上千人，技术路线主攻硫化物路线，能量密度达500Wh/kg以上，公司此前计划在2027年实现全固态电池小批量容百科技2024年11月硫化物+硫化锂

硫化物、氧化物、三元高镍都有合作厦钨新能2024年11月硫化锂在固态电池正极材料方面：匹配氧化物路线固态电池的正极材料已实现供货；硫化物路线固态电池的正极材料方面，公司与下游客户在技术研发上保持密切的交流合作。公司与知名电池企业合作研发的NL全新结构正极材料，其结构比较稳定，层间距更宽，锂离子脱放过程中，形变很小，使得固态电池固-固界面不容易被破坏，且该全新结构正极材料在能量密度、倍率、循环等主要性能上都显著优于传统的钴酸锂、三元材料等正极产品，是比较适合用在固态电池领域的正极材料。在固态电解质方面，公司也有两个技术路线的布局，包括氧化物路线和硫化物路线，氧化物路线技术工艺与钴酸锂及三元材料相似。硫化物技术路线部分痛点主要在于硫化锂，由于其合成工艺比较复杂，价格昂贵。公司凭借深厚的技术沉淀，开发出新的硫化锂合成工艺，目前从小试、中试结果来看，技术指标良好，降本空间较大天际股份2024/11/15硫化锂江苏泰瑞联腾材料科技有限公司近期公布固态电池专利《一种硫化锂材料及其制备方法和应用》。

江苏泰瑞联腾是天际股份和宁德时代合资公司，其中天际股份控股701202技术变革带来工艺变化，设备公司有望从中受益%%13%%制备工艺：辊压和叠片是电池生产重要工艺流程02图：正负极极片生产工艺流程图：固态锂电池生产工艺流程资料来源：《新建年产1GWh固态锂电池产业化项目环评报告公示》，长江证券研究所%%14%%正负极极片生产工艺流程正负压投料、搅拌：投料搅拌均需真空，真空吸入粉料至合浆罐，

NMP并搅拌3小时，随后进行过滤、脱磁、消泡和粘度检测处理，最后使用干冰清洗桶。涂布烘干：加料至涂布机后，将浆料均匀涂覆于铝箔或铜箔基片，经105℃电加热干燥张力调整收卷。极片辊压：压实涂布好的正负极片降低厚度，提高电池利用率。极片分切：使用模切机进行分切，并检验极片合格与否。极耳模切：按照设计要求对电池的极耳部分进行模切加工。固态锂电池生产工艺流程叠片：塑料隔膜用极板整形机切成所需尺寸，正极片、隔膜、负极片相互间隔放入叠片机压为方形电芯叠片体极耳焊接：在正负极焊机上焊接铝铜极耳至电芯叠片体,采用极耳焊接机包装：铝塑复合膜冲压成型后形成包装壳，电芯叠片与电池包装壳局部加热熔融后封接其他工序：喷码、电芯烘烤、封口、高压整形、分容、分选等。制备工艺：辊压工艺具挑战性，对精细度要求高辊压工艺：固态电池辊压工艺为前道极片生产环节，分正负极略有不同。与传统电池差异：固态电池辊压工艺更具挑战性，因为极片厚度对设备精细度要求高。正极碾压工艺中由于金属锂非常粘，进行无损的碾压工艺具有挑战性。负极辊压过程为达到零孔隙率的目标，在应用固态电解质之前对负极进行预压可以提高性能，加热辊压设备也是方法之一。辊压工艺为固态电池层压的普遍压实工艺：为减少孔隙率，固态电池正负极的压实是必要的。在无法使用辊压工艺的负极极片中，需要烧结步骤。图：全固态电池正极辊压工艺图：全固态电池负极辊压工艺资料来源：《

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production

》，长江证券研究所0215干法电极：粘结剂为关键，无需溶剂性能提升资料来源：《干法电极技术在超级电容器和锂离子电池中的研究进展》_徐桂培等，长江证券研究所极的制备可用于预锂化，可制备全固态电池的电极能电极性厚电极中的粘合剂表现出

特定粘合剂分布，倍率性能提高，梯度变化，颗粒粘附性较

孔隙率降低，颗粒粘附的更好，电差，更高的孔隙率

极机械强度显著提高干法电极：新的粘合机制重建电极微观结构。粘结剂是干法电极制造的关键，电极微观结构会受到粘合剂分布影响。由于固-固界面直接接触，活性材料颗粒在与导电团聚物结合后，离子和电子的传导路径得以保留。技术工艺：主要的干法电极技术工艺包括聚合物纤维化、干粉喷涂沉积、气相沉积、热熔挤压和直接压制技术。聚合物纤维化技术是在高剪切力的作用下进行纤维化以生成PTFE纤维，PTFE纤维可将活性材料颗粒连接在一起且不覆盖，再经热压后形成自支撑电极薄膜，最终热轧将电极薄膜压在涂碳集流体上。干粉喷涂沉积技术是利用高压气体预混合活性物质、导电剂和粘结剂PTFE，在静电喷枪作用下使粉末带电并喷涂到接地的集流体上，通过热轧将粉末粘合并固定在集流体上得到电极。气相沉积技术通过物理/化学方法使原料蒸发汽化，将汽化的原料沉积到基底上制备电极。热熔挤压技术将原材料混合并加热到熔融状态，将熔融混合物通过模具被挤出以生成电极。直接压制技术将材料粉末充分混合后直接进行压制形成电极。图：湿法电极和干法电极对比 表：湿法与干法工艺对比 图：聚合物纤维化技术湿法电极技术 干法电极技术

溶剂

使用溶剂

无需溶剂，降本15% 生产效

7个步骤，干燥、溶剂回

5个步骤，无需干燥时间，生产时率 收耗时长（大于3小时） 间减少16.2%-21.4%兼容性不适用于厚电极和固态电

在制备厚电极方面具有显著优势，%%16%%02制备工艺：叠片工艺简化电芯、模组、系统设计叠片工艺降本增效：全固态电池则可实现电芯内部串联、升压，采用层状堆叠结构等工艺过程。叠片工艺降低加工成本，同时节约电池空间，增加电池能量密度。与传统电池差异：固态电池叠片工艺分为分段叠片和一体化叠片。分段叠片沿用液态电池叠片工艺，将正负极和固体电解质层裁切成指定尺寸后按顺序依次叠片后包装。一体化叠片在裁切前将正负极和固体电解质膜压延成3层结构，按尺寸将3层结构裁切成多个单元，并将其堆叠后进行包装。图：电芯内部串联封装资料来源：《全固态电池生产工艺分析》_翟喜民等，长江证券研究所界面问题解决：针对聚合物全固态电池，通过加热解决聚合物电解质膜同正负极间的界面电阻；针对氧化物和硫化物电解质膜，进行压制处理改善固体电解质与电极之间的机械接触。与传统电池差异：需要在干燥或惰性气体（如氩气）中进行，以避免材料与空气中的水分或氧气反应。叠片后需要进行压实，使用单层叠片工艺，而传统锂离子电池可选Z型叠片。图：固态电池叠片工艺%%17%%资料来源：《

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》_Joscha

Schnell,等，长江证券研究所02设备投资：辊压设备环节价值量弹性大传统电池的辊压设备市场及行业竞争情况：一般1GWh锂电池产能对应需要配置1台正极辊压机和1台负极辊压机（双机台），但辊压设备的配置要求根据下游客户需求确定，属于非标定制类产品，不同需求的产品价格差异较大。主要设备公司：纳科诺尔、先导智能、赢合科技、海裕百特等。干法电极、固态电池辊压设备用量更大，从原来百万级别价值量，或提升至千万级别；且固态电池中电解质要增加辊压设备，需要3台辊压设备（可节省涂布设备）。涉足领域锂电、碳纤维、特种芳纶等先导智能模切设备、卷绕设备、叠片设备、电芯组装生产线、化成分容测试系统、智能仓储物流系统等新型合浆系统、涂布设备、辊压（分切）一体设备、锂电、光伏、3C、智能物流、汽车、氢能、激光、机器视觉赢合科技涂布机、辊压分切一体机、制片机、激光模切机、卷绕机、叠片机、电芯装配线等锂电、电子烟海裕百特辊压机、辊压分切一体机锂电锂电、燃料电池、光电和水处理等表：辊压环节相关设备公司布局公司名称 主要产品纳科诺尔 辊压机、辊压分切一体机图：传统辊压设备公司市场格局（2022年）23.4%21.9%14.1%5.6%35.0%纳科诺尔赢合科技先导智能海裕百特其他辊压设备市场规模（亿元）单GWh辊压设备价值量（万元）2000 2500 3000 3500 40001002025303540300607590105120新增产线规模（GWh）5001001251501752008001602002402803201000200250300350400表：辊压设备市场规模弹性测算浩能科技 涂布装备、轧膜装备、分切装备资料来源：纳科诺尔公司公告，长江证券研究所0218固态电池：设备环节梳理海目星%%19%%11月15日，公司发布公众号，欣界能源发布的猎鹰高能量锂金属固态电池公司全程参与研制，并采用了公司供应的新一代固态电池量产设备，在生产工艺的技术创新及量产稳定性上都有了极大的技术突破。不仅在能量密度上得到突破，还成功攻克了固态界面融合与安全的难题。8月30日，公司披露半年报，公司已实现准固态电池中试线的交货和量产。电解液含量低于5%，能量密度超过450瓦时/公斤。8月30日，公司正式披露与欣界能源签订了总金额高达4亿元的固态电池设备采购订单。与欣界能源在固态电池领域将有很多的合作创新，包括材料学的创新设备开发，电池工艺和设备方面开发和大批量供应等。7月4日，公司发布公告，海目星与欣界能源在深圳正式签订战略合作框架协议。双方将在未来五年内，在固态电池的设备研发、产业链打造以及市场推广等领域开展深度合作。利元亨11月22日，公司发布公告，公司已经为清陶能源陆续提供了化成分容、激光焊接、激光模分一体机、电芯装配线等设备，主要设备已完成交付。目前公司已经成功开发出干法电极、固态电解质压制转印、锂铜复合设备等关键设备的样机，并在极片绝缘胶框成形设备、高压化成分容设备等方面取得了阶段性成果。11月12日，公司发布公众号，公司成功中标国内头部企业的第一条硫化物固态电池整线项目，该项目覆盖了固态电池生产的前段、中段和后段设备。10月11日，公司发布公众号，公司亮相美国The

Battery

Show

North

America

2024

，公司在固态电池技术上已成功掌握全固态电池整线装备的制造工艺，包括但不限于干法电极设备、锂铜复合设备、电解质压制转印设备、极片胶框成型设备和高压化成分容设备。7月15日，公司发布公告，公司完成具有﹣50露点干燥环境要求的全固态实验室搭建，并已开展关键工艺验证。6月21日，公司发布公众号，公司美国首条固态电池前段设备顺利出机。5月23日，公司发布公众号用于生产固态电池干法电极的核心装备研发成功。已经具备了生产固态电池的整线装备研发与制造能力。11月20日，公司发布公告，公司推出固态电池中试线解决方案，探索干法工艺与设备在电极生产中的实践应用。公司推出了干法混合设备、成型设备等，通过干法工艺的应用与改造，解曼恩斯特

决固态电池中试线所面临的挑战，以节省生产成本，提升电池生产良率与品质。11月11日，公司发布公告，固态电池领域公司完善了“湿法+干法”工艺装备的双线布局。干法成膜叠加公司全新自研的新型陶瓷材料应用，实现电池负极预锂化，制备全固态电池电芯。8月30日，公司发布公众号，公司与中科超能就固态电池领域签署战略合作协议，双方将从单一的“产业合作”向“平台共建”延伸。9月24日，公司发布公告，24年公司开发的湿法固态极片涂