“利元亨能夠提供半固態(tài)電池的批量生產(chǎn)線，全固態(tài)電池中試批量生產(chǎn)線也已經(jīng)開(kāi)始交付頭部客戶。”在日前舉行的第十屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)(CBIS2025)上，利元亨研究院院長(zhǎng)杜義賢在主題演講中表示。

圖為利元亨研究院院長(zhǎng)杜義賢作主題演講

　　從設(shè)備的角度來(lái)講，固態(tài)電池產(chǎn)線并非是對(duì)液態(tài)電池產(chǎn)線的完全顛覆。杜義賢指出，對(duì)于全固態(tài)電池的生產(chǎn)線，在前段工序中干法和濕法都可以選擇，不是說(shuō)全固態(tài)電池一定要用干法，而且現(xiàn)實(shí)來(lái)看這兩種技術(shù)路線是并行的，并且濕法路線目前占比還會(huì)更高一些。

　　那么，在固態(tài)電池的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，到底涉及哪些與液態(tài)電池不一樣的地方?杜義賢總結(jié)，固態(tài)電池與液態(tài)電池的制造工藝區(qū)別，主要體現(xiàn)在高壓致密化工藝、電極與電解質(zhì)復(fù)合工藝、防短路絕緣封裝工藝、疊片工藝以及高壓化成工藝等幾個(gè)方面。

01

固態(tài)電池設(shè)備技術(shù)需求

　　圍繞固態(tài)電池的制造流程，杜義賢闡釋了各環(huán)節(jié)對(duì)設(shè)備的技術(shù)需求。行業(yè)周知，電極工藝可以分為干法和濕法，是在制片工序的最前段。杜義賢指出，濕法工藝的優(yōu)勢(shì)是技術(shù)比較成熟穩(wěn)定、一致性好，但占地和能耗成本比較高，對(duì)環(huán)境污染性比較大。

　　干法工藝的優(yōu)勢(shì)是生產(chǎn)線簡(jiǎn)單，能夠做到極致降本，環(huán)境也很友好，不會(huì)產(chǎn)生有毒的溶劑，而且制作的壓實(shí)密度也很高。但它的挑戰(zhàn)是技術(shù)還不成熟，良率比較低，電極一致性和持久性還待驗(yàn)證，同時(shí)粘結(jié)劑的選擇非常受限制。

　　電極做完之后，接下來(lái)的環(huán)節(jié)，就是電極和電解質(zhì)之間的復(fù)合，有壓制轉(zhuǎn)印和電解質(zhì)涂覆兩種工藝。杜義賢介紹，壓制轉(zhuǎn)印是目前用得比較多的工藝，就是把電解質(zhì)做成膜，覆在基體上再成卷，在復(fù)合時(shí)把成卷的電解質(zhì)先加熱，用壓力輥壓到極片上。

　　壓制轉(zhuǎn)印工藝的優(yōu)勢(shì)，是能夠擁有獨(dú)立的優(yōu)化空間，也能避免溶劑之間相互干擾。但該工藝比較復(fù)雜，因?yàn)殡娊赓|(zhì)膜和電極片是分開(kāi)制造，所以界面阻抗、電解質(zhì)成膜時(shí)的機(jī)械與化學(xué)性能的匹配性，都是很大的挑戰(zhàn)。

　　電解質(zhì)涂覆工藝，則可以在極片上直接涂上電解質(zhì)，其優(yōu)勢(shì)是工藝比較簡(jiǎn)單，成本很低。但對(duì)漿料溶劑的要求比較高，干燥的工藝窗口比較低，如果控制不好，容易在干燥的地方產(chǎn)生裂痕。

　　“把電解質(zhì)和極片做完之后，下面再開(kāi)始疊片，我們知道電池成型之后，是先高壓的，此時(shí)由于在電池的邊緣，容易產(chǎn)生正負(fù)極短路，所以就需要絕緣膠框。”杜義賢介紹，膠框有網(wǎng)板印刷、點(diǎn)膠、激光制痕涂膠三種制作工藝。

　　網(wǎng)板印刷，是將絕緣用的膠框的漿料放在網(wǎng)板上，網(wǎng)板是有膠框的形狀，把它涂在或者刮在極片上。這種方式比較成熟，速度很快，成本很低，成型效果很好，膜厚均勻性好。但挑戰(zhàn)是要充分理解漿料和電池片的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)網(wǎng)板是耗材，需要維護(hù)和更換。

　　點(diǎn)膠，是在極片的周圍用噴膠的方式，或者點(diǎn)膠的方式點(diǎn)一圈膠框，優(yōu)勢(shì)是靈活性很高，能噴任何形狀，電池要換型號(hào)也很快就能適應(yīng)，材料浪費(fèi)也少。但是該工藝難以適應(yīng)大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率很低，而且在噴的過(guò)程當(dāng)中，沒(méi)有任何膠型，所以尺寸控制精度比較差，對(duì)膠水的性能要求也非常苛刻。

　　激光制痕涂膠，是先在極片上用激光畫(huà)一個(gè)溝槽圈，再把膠涂到溝槽里進(jìn)行UV燈照，或者用熱量來(lái)固化。這種工藝的精度高，與極片的接合力好，形狀一致性也好。但它的設(shè)備和工藝成本很高，刻痕的時(shí)候都是用超快激光，而且工藝很復(fù)雜。

　　“我們認(rèn)為在批量不大的時(shí)候，推薦用網(wǎng)板印刷這種方式，現(xiàn)在頭部的客戶也在跟我們對(duì)接，如果再更大批量可以把膠框先做好，做到基材上跟電解質(zhì)一樣，直接印到極片上，就跟印刷一樣就非常快。”杜義賢建議。

　　膠框做完之后就可以進(jìn)行疊片，與液態(tài)電池相比，固態(tài)電池的疊片對(duì)齊度精度要求更高。這需要從四個(gè)方面著手解決：

　　第一，極片檢測(cè)實(shí)時(shí)反饋，至少精度要控制在±0.02毫米以內(nèi)。第二，在視覺(jué)引導(dǎo)下糾偏平臺(tái)的自動(dòng)補(bǔ)償精度要高，而且仿真對(duì)齊度的Cpk要高。第三，糾偏平臺(tái)的重復(fù)精度要高，運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)性要高。第四，整個(gè)疊片機(jī)要全面做振動(dòng)測(cè)試，通過(guò)高精度視覺(jué)檢測(cè)實(shí)時(shí)糾偏，配合技術(shù)保證疊片精度控制在±0.1毫米以內(nèi)。

　　疊片做完電池之后就要開(kāi)始進(jìn)行高壓致密化，工藝包括等靜壓和多級(jí)輥壓。等靜壓要求達(dá)到600兆帕的壓力，難度很大;多級(jí)輥壓則不需要等靜壓。

　　“我們認(rèn)為多級(jí)輥壓和溫等靜壓并不是二選一的模式，而是協(xié)同配合的關(guān)系。初級(jí)致密化可以用多級(jí)輥壓，終級(jí)致密化的時(shí)候采用等靜壓。”杜義賢指出，這種組合方式是為了解決固固耦合界面的問(wèn)題，可以在一定程度上降低對(duì)等靜壓要達(dá)到600兆帕大壓力的要求。

　　在最后的高壓化成階段，固態(tài)電池的工藝挑戰(zhàn)比較大，杜義賢指出，這主要是因?yàn)閷影鍓毫σ笥?0兆帕，折換成壓力來(lái)講要超過(guò)80噸;現(xiàn)在的液態(tài)電池的壓力則在3-10兆帕。“而且層板之間的壓力均勻度要達(dá)到2.5%，溫度精度要控制在兩度以內(nèi)，這都是很苛刻的要求。”

02

固態(tài)電池生產(chǎn)的安全防護(hù)

　　在固態(tài)電池的制造過(guò)程中，對(duì)環(huán)境的安全要求也非常高。杜義賢重點(diǎn)提及了硫化物生產(chǎn)過(guò)程中人員安全的防護(hù)。他指出，硫化物在空氣中穩(wěn)定性很差，遇水就產(chǎn)生硫化氫，這種有毒氣體會(huì)對(duì)人體造成很大危害。

　　因此，利元亨制定了一整套硫化物固態(tài)電池產(chǎn)線防毒和防爆的設(shè)計(jì)規(guī)范，并與客戶一起進(jìn)行演練，以保證生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中對(duì)人員的安全。利元亨的安全防護(hù)分為三重，第一重是設(shè)備內(nèi)部的管道布局，任何一個(gè)地方的硫化氫都能夠及時(shí)排出去;第二重是做好設(shè)備的密閉性，每個(gè)設(shè)備的外罩都要經(jīng)過(guò)測(cè)試;第三重是整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境絕對(duì)密閉。

　　“我們要對(duì)設(shè)備分區(qū)進(jìn)行評(píng)估，會(huì)拿著硫化物電解質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試硫化氫的釋放速率，根據(jù)速率來(lái)計(jì)算濃度和排風(fēng)量。在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行劃分等級(jí)。”杜義賢闡釋，此外還有工藝流程密閉化設(shè)計(jì)，以及機(jī)電軟控性能安全設(shè)計(jì)，都是從本質(zhì)上要規(guī)避安全問(wèn)題。總體來(lái)講，人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六個(gè)方面，對(duì)安全一個(gè)都不能放松。

　　據(jù)介紹，利元亨已經(jīng)建有1300平米的固態(tài)電池潔凈室，干燥室的露點(diǎn)也能夠達(dá)到-55℃，主要包含電極干法混料和干法涂布、絕緣膠框印刷和疊片、銅鋰復(fù)合、負(fù)極純鋰金屬激光切割和鋰合金金屬切割、鋰金屬片損傷測(cè)試等五個(gè)方面的工作。

　　“我們也跟我們的客戶共建了12個(gè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)數(shù)超過(guò)了1600個(gè)，包含了運(yùn)控、激光、視覺(jué)、超聲波、電源等多個(gè)領(lǐng)域。利元亨非常開(kāi)放，愿意跟大家一起推動(dòng)全固態(tài)電池的行業(yè)發(fā)展。”杜義賢表示。