“固態(tài)電池和eVTOL完美契合，其性能優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在能量密度高、安全性好，而且在功率密度、快充、倍率方面也都表現(xiàn)很好。2030年后固態(tài)電池有望率先在eVTOL上放量，eVTOL的飛行半徑將得到大幅度提升。”在日前舉行的電動(dòng)航空及下一代電池技術(shù)(CIBF2025深圳)交流會(huì)上，利元亨研究院院長(zhǎng)杜義賢在主旨演講中表示。

圖為利元亨研究院院長(zhǎng)杜義賢主旨演講

　　全固態(tài)電池沒(méi)有隔膜也沒(méi)有電解液，用固態(tài)電解質(zhì)膜代替隔膜，且正負(fù)極摻混固態(tài)電解質(zhì)，所以需要用大拘束壓力改善固固界面，力學(xué)性能要改變，同時(shí)改變電化學(xué)性能。杜義賢表示，這對(duì)現(xiàn)有鋰電設(shè)備提出了不少挑戰(zhàn)，同時(shí)也帶來(lái)了設(shè)備技術(shù)革新、市場(chǎng)開拓的機(jī)遇。

　　從生產(chǎn)工藝來(lái)看，全固態(tài)電池和液態(tài)電池工藝有很多不同，但極片制造段干法和濕法兩種工藝都可以選擇。干法的優(yōu)勢(shì)是環(huán)保、占地小、能耗少，但成膜性、壓延性、制成片后的力學(xué)性能較差?！安贿^(guò)從我們接觸的給客戶提供的服務(wù)來(lái)看，在目前全固態(tài)電池比較穩(wěn)妥的仍然是使用濕法工藝做極片?！倍帕x賢說(shuō)。

　　利元亨既能夠提供干法設(shè)備，也能夠提供濕法設(shè)備。他指出，因?yàn)槿虘B(tài)電池沒(méi)有了隔膜，加壓的時(shí)候正負(fù)極之間有短路風(fēng)險(xiǎn)，所以利元亨增加了膠框印刷工藝，這也是利元亨的一大重要?jiǎng)?chuàng)新?！凹訅喝匀豢梢圆捎玫褥o壓等設(shè)備，后面程序和液態(tài)電池不一樣的是，還有高壓化成分容，但加的壓力會(huì)比較大?！崩喽冀o出了切實(shí)的解決方案。

01

固態(tài)電池制造設(shè)備的最大瓶頸

　　固固界面，是目前全固態(tài)電池生產(chǎn)中面臨的最大挑戰(zhàn)。杜義賢指出，“從全固態(tài)電池的材料組成來(lái)看，因?yàn)楣坦滩牧辖缑娴慕Y(jié)合，導(dǎo)致界面離子傳輸?shù)睦щy，也使離子電導(dǎo)率不高。這成為設(shè)備開發(fā)制造的瓶頸，也是最難的需要解決的問(wèn)題。”

　　界面問(wèn)題主要涉及以下幾方面：一是材料致密化，比如極片制片時(shí)、電解質(zhì)制備時(shí)材料內(nèi)部的致密化。二是不同材料層之間的界面結(jié)合性，比如電解質(zhì)和電極之間的界面問(wèn)題，這也涉及制造工藝包含電解質(zhì)轉(zhuǎn)印、疊片、電芯等靜壓、高壓化成等環(huán)節(jié)。三是高壓下正負(fù)極不短路的封裝。

　　“我們現(xiàn)在解決界面問(wèn)題主要是靠高壓，帶來(lái)的負(fù)面問(wèn)題是正負(fù)極會(huì)短路，解決方案就是在正負(fù)極之間加一個(gè)膠框?！倍帕x賢表示，“我們進(jìn)行的測(cè)試，像電極或者電解質(zhì)的孔隙率如果壓縮在5%以內(nèi)，界面接觸電阻顯著降低，但是以現(xiàn)在的濕法做出來(lái)的孔隙率大概是25-35%，遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)字，所以等靜壓或者輥壓非常有必要?！?/p>

02

四大關(guān)鍵工藝和設(shè)備

　　為解決界面問(wèn)題，利元亨總結(jié)出四個(gè)關(guān)鍵的制造工藝：高壓致密化工藝、電解質(zhì)和極片復(fù)合工藝、封裝工藝、高壓化成。對(duì)應(yīng)四種設(shè)備分別是：電極干法涂布機(jī)、輥壓熱復(fù)合一體機(jī)、極片膠框印刷和疊片一體機(jī)、高壓化成分容設(shè)備。

　　高壓致密化工藝主要有干法電極壓延工藝、多級(jí)輥壓工藝、等靜壓工藝。等靜壓的設(shè)備成本很高，產(chǎn)能比較低，生產(chǎn)過(guò)程不連續(xù)，是一籠電池裝好以后放在高壓釜里去壓。而且因?yàn)?span style="color: rgb(0, 112, 192);">等靜壓的設(shè)備壓力一般達(dá)到500Mpa以上，所以安全性要求非常高。

　　等靜壓工藝在小批量生產(chǎn)時(shí)有作用，但是當(dāng)大批量生產(chǎn)時(shí)等靜壓產(chǎn)生的問(wèn)題就會(huì)凸顯。在杜義賢看來(lái)，等靜壓的工藝要改，不能是現(xiàn)在離散式的方式，離散式地一籠一籠往里放再抽出來(lái)，這種方式不適合大規(guī)模的連續(xù)化生產(chǎn)。“所以干法電極和多級(jí)輥壓，似乎也是一種很好的解決方案，”他說(shuō)。

　　利元亨推出的干法電極設(shè)備和行業(yè)主流有點(diǎn)不一樣，“我們做的是四輥方式，即大輥壓小輥?！?/strong>杜義賢介紹，大輥是用來(lái)保持平面度，壓的均衡性;小輥保持壓力，能夠?qū)崿F(xiàn)更嚴(yán)格的公差控制，也能將材料減薄到極小的厚度。特別是采用了定量的進(jìn)料方式，能夠讓膜壓的厚度控制得更好。

　　對(duì)于輥壓熱復(fù)合雙軋一體機(jī)，利元亨現(xiàn)在采用的工藝是將電解質(zhì)膜先涂在離型膜上，再把它轉(zhuǎn)印到負(fù)極上。這種方式采用的電解質(zhì)壓制轉(zhuǎn)印能夠?qū)①|(zhì)量分段控制，而不是將電解質(zhì)正負(fù)極融合起來(lái)。不過(guò)，利元亨會(huì)將極片輥壓和電解質(zhì)復(fù)合集成在一起，因?yàn)樗泻芎玫南嗨菩?，適合硫化物、鹵化物、氧化物和聚合物電池的生產(chǎn)。

　　“我們做的突破性的工作就是，推出極片膠框印刷和疊片一體機(jī)?！?/strong>據(jù)杜義賢介紹，為了解決負(fù)極的短路問(wèn)題，利元亨提出了四種方案：印刷、UV打印、涂膠、點(diǎn)膠。UV打印不太適合大批量生產(chǎn)，涂膠和點(diǎn)膠精度控制不高。膠框印刷方式性能表現(xiàn)最好，產(chǎn)能也比較高。利元亨第二代極片膠框印刷，以及疊片機(jī)采用高通量的印刷技術(shù)，集成了膠框印刷和疊片為一體，減少了占地面積。

　　固態(tài)電池的高壓化成分容設(shè)備，和常規(guī)電池不同的是壓力變大，其一般拘束壓力要達(dá)到60-80t，也就是單個(gè)電芯壓強(qiáng)要達(dá)到10Mpa以上。所以核心的問(wèn)題是壓力非常大，結(jié)構(gòu)件安全性要求非常高;另外層板之間的壓力均勻性要好。針對(duì)固態(tài)電池生產(chǎn)的安全防護(hù)，利元亨共設(shè)計(jì)了130多項(xiàng)軟硬件上的保護(hù)功能。

03

全面的固態(tài)電池解決方案

　　截至目前，利元亨已經(jīng)建有完備的固態(tài)電池裝備實(shí)驗(yàn)室，共有1300平米的潔凈車間，其中干燥室露點(diǎn)能夠達(dá)到-55℃，實(shí)驗(yàn)室能夠提供電極干法涂布、極片膠框印刷、固態(tài)電池疊片、鋰金屬片激光切割、鋰銅覆合等方面的測(cè)試服務(wù)。

　　值得注意的是，硫化物是固態(tài)電池的重要技術(shù)方向，許多企業(yè)都在布局。杜義賢指出，目前硫化物固態(tài)電池有兩個(gè)主要的工藝問(wèn)題，一方面就是大壓力，要在10Mpa壓力的狀態(tài)下才能很好地發(fā)揮作用;另一方面是防毒，這個(gè)責(zé)任重大，需要從化學(xué)體系和材料、電池、設(shè)備企業(yè)一起共同解決問(wèn)題。

　　作為全球領(lǐng)先的新能源裝備龍頭企業(yè)，利元亨目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了固態(tài)電池量產(chǎn)工藝全線覆蓋，能提供半固態(tài)電池的批量生產(chǎn)設(shè)備，以及全固態(tài)電池的中試線設(shè)備?！拔覀?span style="color: rgb(0, 112, 192);">給國(guó)內(nèi)一個(gè)頭部企業(yè)(設(shè)計(jì)生產(chǎn)的)全固態(tài)電池中試線，已經(jīng)開始交付，產(chǎn)能是每年100MW。”杜義賢透露說(shuō)。