利元亨杜義賢：公司能夠同時滿足半固/全固態電池設備需求
作為全球領先的鋰電裝備企業，利元亨能夠滿足氧化物、聚合物半固態電池批量生產的設備需求，同時也能滿足硫化物、鹵化物全固態電池整線生產設備需求。公司的半固態電池設備已經批量出貨，全固態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《固態電池工藝解析及整線裝備》的演講。
“液態鋰電池與半固、全固態電池的核心區別在于，有沒有隔膜和電解液。”杜義賢談道，固液混合半固態電池仍然保留隔膜，在隔膜涂覆固態電解質層，正極摻混固態電解質，電解液用量降低;凝膠半固態電池也保留隔膜，增加原位固化工藝，即將電解液凝膠化，降低液相組分。
而全固態電池則完全沒有隔膜，用固態電解質膜代替隔膜，且正負極摻混固態電解質，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
固態電池核心設備
“從工藝上來說，全固態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，對生產車間的環境要求更高，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;將固態電解質壓制轉移到電極材料上，通過使用紅外預熱，固態電解質可以順利地從PET基材上剝離下來。“目前行業也有兩種方案，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。
因為現在的固態電池產業仍處于發展初期，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：該設備主要是經過初始充放電過程，激活電極材料并穩定電池性能。常規電池化成壓力要求3噸-10噸， 固態電池壓力要達到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。針對固態電池生產增加的安全防護設計，共計150項保護功能。
02
硫化物固態電池防毒防爆
硫化物固態電池含有有害物成分鋰磷硫氯，暴露在環境中遇到水分子，易產生有毒氣體硫化氫，會對人體產生傷害。
杜義賢介紹，針對硫化物固態電池產線的防毒防爆問題，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，是生產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，對設備防爆分區進行評估。根據硫化氫產生的量，對設備進行分區。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
推進固態電池量產進程
雖然行業對固態電池寄予厚望，不過杜義賢也指出，從整個行業來講，全固態電池量產仍有兩個工藝難點沒有攻克。
首先，干法正極連續生產面臨挑戰。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。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，利元亨期待與行業伙伴及客戶通力合作，共同推進固態電池量產化進程!
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