作為全球領先的鋰電裝備企業(yè)，利元亨能夠滿足氧化物、聚合物半固態(tài)電池批量生產(chǎn)的設備需求，同時也能滿足硫化物、鹵化物全固態(tài)電池整線生產(chǎn)設備需求。公司的半固態(tài)電池設備已經(jīng)批量出貨，全固態(tài)電池設備也整線中標，得到了客戶的認可。

圖為廣東利元亨智能裝備股份有限公司研究院院長杜義賢演講

　　在日前舉行的第九屆動力電池應用國際峰會(CBIS2024)“先進電池技術及應用”主題論壇上，廣東利元亨智能裝備股份有限公司研究院院長杜義賢應邀出席，并作主題為《固態(tài)電池工藝解析及整線裝備》的演講。

　　“液態(tài)鋰電池與半固、全固態(tài)電池的核心區(qū)別在于，有沒有隔膜和電解液。”杜義賢談道，固液混合半固態(tài)電池仍然保留隔膜，在隔膜涂覆固態(tài)電解質層，正極摻混固態(tài)電解質，電解液用量降低;凝膠半固態(tài)電池也保留隔膜，增加原位固化工藝，即將電解液凝膠化，降低液相組分。

　　而全固態(tài)電池則完全沒有隔膜，用固態(tài)電解質膜代替隔膜，且正負極摻混固態(tài)電解質，需要用大拘束壓力改善固固界面。這對制造設備提出了很高的要求。

01

固態(tài)電池核心設備

　　“從工藝上來說，全固態(tài)電池極片制造既可以采用干法，也可以采用濕法。”杜義賢指出，將固態(tài)電解質復合到負極進行制片，再與正極進行無隔膜疊片，由于極片與電解質的固固接觸存在孔隙導致離子導電率不高，需要采用大壓力致密化，提升接觸性能降低界面電阻。

　　目前，利元亨重點布局的固態(tài)電池設備，有電極干法涂布設備、輥壓熱復合雙軋一體機、極片膠框印刷&疊片一體機，以及高壓化成分容設備。“特別是對于硫化物電池來說，對生產(chǎn)車間的環(huán)境要求更高，不僅要更嚴格的低露點管控，設備還要增加防毒和防爆設計。”杜義賢強調。

　　干法電極設備：干電極的制造步驟可分為干混(混合+纖維化+造粒)、電極膜制造(成膜+減薄)、壓制電極(電極膜與集流體復合);相比較濕法電極工藝，可減少11.5%的原材料溶劑成本，以及減少46%以上能源消耗，具備高經(jīng)濟性。

　　多輥壓延和干式靜電噴涂，是目前比較流行的兩種干電極制造方案。據(jù)介紹，利元亨第三代干法電極設備采用高通量多輥壓延方法，用大小輥配置實現(xiàn)更嚴格的公差控制，并將材料減薄至極小厚度;同時配合定量進料設計，能夠適應所有不同化學體系固態(tài)電池的干法電極。

　　輥壓熱復合雙軋一體機：該設備具備正負極輥壓、電解質熱壓復合功能;將固態(tài)電解質壓制轉移到電極材料上，通過使用紅外預熱，固態(tài)電解質可以順利地從PET基材上剝離下來。“目前行業(yè)也有兩種方案，一個是先把電解質進行壓制，然后再轉移到極片上去;另外是將電解質直接涂布到極片上。”杜義賢介紹道。

　　因為現(xiàn)在的固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期，所以利元亨第二代輥壓熱復合雙軋一體機采用電解質壓制轉印技術，能夠實現(xiàn)制造質量的分段控制;同時將極片輥壓和電解質熱復合功能集成一款機型，減少占地面積。

　　極片膠框印刷&疊片一體機：固態(tài)電池取消隔膜之后，且要求大壓力化成，因此電池極片邊緣變形，容易導致內短路問題。在制造過程中，需要絕緣框印在正極和負極之間。絕緣框的制造工藝比較多，現(xiàn)在流行四種方案，一是印刷，二是UV打印，三是涂膠，四是點膠。

　　利元亨第二代極片膠框印刷&疊片一體機，采用較高通量的印刷技術，集膠框打印和電極疊片功能于一體，不僅能減少占地面積，還能夠兼容無隔膜層疊、無隔膜層疊外包隔膜兩種疊片工藝。

　　高壓化成分容設備：該設備主要是經(jīng)過初始充放電過程，激活電極材料并穩(wěn)定電池性能。常規(guī)電池化成壓力要求3噸-10噸， 固態(tài)電池壓力要達到10兆帕，折合壓力達到60噸-80噸。

　　為了解決高壓的需求，利元亨第三代化成設備采用臥式層推結構，在平板平面度、溫度精度、壓力控制、設定分辨率都有很好的表現(xiàn)。針對固態(tài)電池生產(chǎn)增加的安全防護設計，共計150項保護功能。

02

硫化物固態(tài)電池防毒防爆

　　硫化物固態(tài)電池含有有害物成分鋰磷硫氯，暴露在環(huán)境中遇到水分子，易產(chǎn)生有毒氣體硫化氫，會對人體產(chǎn)生傷害。

　　杜義賢介紹，針對硫化物固態(tài)電池產(chǎn)線的防毒防爆問題，利元亨提出了三個安全準則：一、提高工藝流程密閉化水平，是減少源泄漏和保證本質安全的關鍵;二、適當提高設備小環(huán)境密閉性、物料轉移密閉性、管道機械密封等級，是減少逸散泄漏的重點;三、設置有毒氣體檢測安全儀表系統(tǒng)，是生產(chǎn)安全運行和人身安全健康基本保障和重要措施。

　　基于上述三個準則，利元亨在防毒防爆方面設計了三步法。第一步，對設備防爆分區(qū)進行評估。根據(jù)硫化氫產(chǎn)生的量，對設備進行分區(qū)。第二步，工藝流程密閉化設計，對設備的密封以及排風管道的布置都是有非常嚴格的要求。第三步，極電軟控功能性安全設計。

03

推進固態(tài)電池量產(chǎn)進程

　　雖然行業(yè)對固態(tài)電池寄予厚望，不過杜義賢也指出，從整個行業(yè)來講，全固態(tài)電池量產(chǎn)仍有兩個工藝難點沒有攻克。

　　首先，干法正極連續(xù)生產(chǎn)面臨挑戰(zhàn)。干混技術和粉末定量進料技術存在難題，降低了制造速度以及電極材料均勻分布。“現(xiàn)在工藝存在的問題成膜型差，很難形成一個很好成型的膜，更談不上怎么卷起來運到下一個工藝區(qū)。電極材料的均勻性存在很大的問題。”杜義賢說道。

　　第二個難題就是等靜壓工藝。為了固固界面很好地結合，需要加大壓力，但大壓力對電池材料是一種極大的破壞。高達500Mpa等靜壓，會對電芯造成外觀破損和內短路問題。另外，大壓力對設備的安全性防護要求更高。

　　杜義賢表示，利元亨期待與行業(yè)伙伴及客戶通力合作，共同推進固態(tài)電池量產(chǎn)化進程!