利元亨杜義賢：公司能夠同時(shí)滿(mǎn)足半固/全固態(tài)電池設備需求
作為全球領(lǐng)先的鋰電裝備企業(yè)，利元亨能夠滿(mǎn)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(shí)也能滿(mǎn)足硫化物、鹵化物全固態(tài)電池整線(xiàn)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(xiàn)中標，得到了客戶(hù)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(cháng)杜義賢演講
在日前舉行的第九屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )(CBIS2024)“先進(jìn)電池技術(shù)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(cháng)杜義賢應邀出席，并作主題為《固態(tài)電池工藝解析及整線(xiàn)裝備》的演講。
“液態(tài)鋰電池與半固、全固態(tài)電池的核心區別在于，有沒(méi)有隔膜和電解液?！倍帕x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(zhì)層，正極摻混固態(tài)電解質(zhì)，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(méi)有隔膜，用固態(tài)電解質(zhì)膜代替隔膜，且正負極摻混固態(tài)電解質(zhì)，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(lái)說(shuō)，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(zhì)復合到負極進(jìn)行制片，再與正極進(jìn)行無(wú)隔膜疊片，由于極片與電解質(zhì)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(diǎn)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(lái)說(shuō)，對生產(chǎn)車(chē)間的環(huán)境要求更高，不僅要更嚴格的低露點(diǎn)管控，設備還要增加防毒和防爆設計?！倍帕x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(shí)現更嚴格的公差控制，并將材料減薄至極小厚度;同時(shí)配合定量進(jìn)料設計，能夠適應所有不同化學(xué)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(zhì)熱壓復合功能;將固態(tài)電解質(zhì)壓制轉移到電極材料上，通過(guò)使用紅外預熱，固態(tài)電解質(zhì)可以順利地從PET基材上剝離下來(lái)?！澳壳靶袠I(yè)也有兩種方案，一個(gè)是先把電解質(zhì)進(jìn)行壓制，然后再轉移到極片上去;另外是將電解質(zhì)直接涂布到極片上?！倍帕x賢介紹道。
因為現在的固態(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(zhì)壓制轉印技術(shù)，能夠實(shí)現制造質(zhì)量的分段控制;同時(shí)將極片輥壓和電解質(zhì)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(wèn)題。在制造過(guò)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(diǎn)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(shù)，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(wú)隔膜層疊、無(wú)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(guò)初始充放電過(guò)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(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。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(huì )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(xiàn)的防毒防爆問(wèn)題，利元亨提出了三個(gè)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(zhì)安全的關(guān)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(diǎn);三、設置有毒氣體檢測安全儀表系統，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(gè)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(jìn)行評估。根據硫化氫產(chǎn)生的量，對設備進(jìn)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(fēng)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(jìn)固態(tài)電池量產(chǎn)進(jìn)程
雖然行業(yè)對固態(tài)電池寄予厚望，不過(guò)杜義賢也指出，從整個(gè)行業(yè)來(lái)講，全固態(tài)電池量產(chǎn)仍有兩個(gè)工藝難點(diǎn)沒(méi)有攻克。
首先，干法正極連續生產(chǎn)面臨挑戰。干混技術(shù)和粉末定量進(jìn)料技術(shù)存在難題，降低了制造速度以及電極材料均勻分布?！?span style="color: rgb(0, 112, 192);">現在工藝存在的問(wèn)題成膜型差，很難形成一個(gè)很好成型的膜，更談不上怎么卷起來(lái)運到下一個(gè)工藝區。電極材料的均勻性存在很大的問(wèn)題?！倍帕x賢說(shuō)道。
第二個(gè)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(huì )對電芯造成外觀(guān)破損和內短路問(wèn)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(hù)通力合作，共同推進(jìn)固態(tài)電池量產(chǎn)化進(jìn)程!
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