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? 半固態(tài)電池可兼容傳統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)工藝，只需新增加一條專產(chǎn)半固態(tài)隔膜的生產(chǎn)線，生產(chǎn)設(shè)備與液態(tài)電池隔膜的設(shè)備兼容。對比傳統(tǒng)液態(tài)電池，半固態(tài)電池的隔膜無明顯工藝改變，調(diào)整參數(shù)即可，不過因為半固態(tài)電池需要提升離子導(dǎo)電率，所以要求隔膜的孔徑更大、強度更高，因此需要采用濕法拉伸+涂覆的工藝。 ?1）固態(tài)電解質(zhì)涂布：相較鐵鋰和三元的電芯，增加了固態(tài)電解質(zhì)涂布的步驟，這不是簡單地插入了一個步驟，整個電芯工藝參數(shù)包括壓實密度、剝離力都有所變化； ?2）輥壓：半固態(tài)電池能量密度較高，因此壓實密度也較高，輥壓機會變大。 ?3）注液：半固態(tài)電池仍然有電解液注液，稱為為“浸潤”，電解液用量較少。 ?4）化成分容：在電芯首次充放電后會損失很多鋰、很多能量密度，為了補充能量密度，會對電池做預(yù)鋰化，這個技術(shù)在三元或鐵鋰等液態(tài)電池中應(yīng)用很少，但在固態(tài)電池特別是密度較高的固態(tài)電池中，會應(yīng)用預(yù)鋰化以追求更高的能量密度，對于寧德時代、比亞迪等液態(tài)電池企業(yè)直接充放電，而半固態(tài)電池企業(yè)需要先做預(yù)鋰化。 ?全固態(tài)電池工藝相對液態(tài)電池工藝的主要區(qū)別在于：（1）前段變化最大，主要在于電解質(zhì)膜和極片制作工藝上，全固態(tài)電池干法工藝增加了干法混合、干法涂布環(huán)節(jié)實現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)膜制備，不再需要使用溶劑，也不存在烘干環(huán)節(jié)；全固態(tài)電池濕法工藝仍然保留了利用溶劑制備電解質(zhì)與粘結(jié)劑溶液后涂布蒸干制備電解質(zhì)膜的工序。（2）中段電芯裝配環(huán)節(jié)：全固態(tài)電池采用“疊片+極片膠框印刷+等靜壓技術(shù)”取代傳統(tǒng)的液態(tài)電池卷繞工藝，并刪減了注液工序；（3）后段化成分容環(huán)節(jié)：從液態(tài)電池化成分容轉(zhuǎn)向全固態(tài)電池所需的高壓化成分容。 ?全固態(tài)電池的前道制造關(guān)鍵在于電極片制造環(huán)節(jié)和固態(tài)電解質(zhì)成膜環(huán)節(jié)，兩者均可以采用濕法/干法工藝。其中電解質(zhì)成膜工藝會影響電解質(zhì)厚度及離子電導(dǎo)率，厚度偏薄，會導(dǎo)致其機械性能相對較差，容易引發(fā)破損和內(nèi)部短路；偏厚則內(nèi)阻增加，并由于電解質(zhì)本身不含活性物質(zhì)，會降低電池單體和系統(tǒng)的能量密度。 ?（1）極片的干法工藝避免了溶劑的使用和干燥環(huán)節(jié)。①濕法工藝：將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑分散在液態(tài)溶劑中形成漿料，然后將漿料涂布在集流體上，再經(jīng)過干燥、輥壓、蒸發(fā)等工序制成電極極片。②干法工藝：不使用液態(tài)溶劑，將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑（通常是PTFE）的干粉混合均勻，然后通過熱壓延工藝直接壓制成連續(xù)的電極膜后與集流體復(fù)合，或者將干粉混合物直接沉積/壓制在集流體上，避免溶劑的使用和干燥過程。 ?（2）固態(tài)電解質(zhì)成膜環(huán)節(jié)中濕法路線相對成熟，干法路線潛力更大，為未來發(fā)展大趨勢。全固態(tài)電池中硫化物電解質(zhì)對極性有機溶劑較為敏感，此外金屬鋰負極容易與溶劑反應(yīng)，主流思路為切換干法電極工藝，但目前干法工藝剛剛起步，難點在于厚度、壓實、幅寬、跑速等，主流廠商仍以濕法工藝為主，選取特定溶劑，實現(xiàn)較薄的固態(tài)電解質(zhì)膜厚度，但干法仍為未來發(fā)展大趨勢。 干法工藝步驟帶來對于前道設(shè)備的新需求：目前電極制造及成膜環(huán)節(jié)干法技術(shù)的關(guān)鍵難點在于混合電極材料粉末的均勻性以及成膜的一致性。在前道設(shè)備領(lǐng)域，干法工藝對輥壓的精度、均勻度以及壓實密度的要求會更高。相較傳統(tǒng)濕法工藝設(shè)備，干法工藝的前道設(shè)備不再需要涂布、烘干、溶劑回收設(shè)備，而對高混機、制膜所需的輥壓機的需求提升、增加纖維化設(shè)備，主要包括氣流粉碎、螺桿擠出機、開煉機。 干法技術(shù)制造電極片最大的優(yōu)勢在于能夠提高電極的壓實密度，從而提高電池能量密度，更適合全固態(tài)電池生產(chǎn)。（1）濕法電極制造需要使用溶劑將活性材料、導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑混合后涂布在集流體上，然后再進行干燥、NMP 溶劑回收和輥壓，仍然需要溶劑參與、需要干燥和溶劑回收環(huán)節(jié)，工藝相對復(fù)雜；（2）干法電極制造則將活性材料、導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑混合成干粉，通過輥壓機熱壓延的方式機械壓到集流體上形成電極片。極片制造采用干法工藝可以提高電極的壓實密度，意味著在相同體積下可以容納更多的正負極材料，從而提高電池的能量密度。同時省去溶劑干燥、避免了溶劑殘留導(dǎo)致的導(dǎo)電性下降問題。因此干法技術(shù)更加適合于固態(tài)電池生產(chǎn)。 ?干法電極制備主要有靜電噴涂方式和輥壓復(fù)合方式（纖維化）兩種方法。 ?靜電噴涂方式制備：將電極活性材料、導(dǎo)電碳和粉末狀粘結(jié)劑等顆粒混合在一起，混合好的粉料會在壓縮空氣的作用下霧化噴附在金屬集流體的表面，隨后在高壓靜電的作用下，使材料與集流體分別帶有正電荷與負電荷，從而使得材料附著在集流體表面。隨后通過高溫烘烤熔化聚合物粘結(jié)劑確保顆粒之間的粘結(jié)力，最后對電極進行壓延以獲得所需的厚度并控制孔隙率。 ?涂布設(shè)備：將固態(tài)電解質(zhì)均勻涂覆在電極表面，形成離子傳導(dǎo)層。干法電極涂布機采用無溶劑工藝，實現(xiàn)高能量密度電極制備，確保電極材料的均勻性和一致性。 ?干法電極制備主要有靜電噴涂方式和輥壓復(fù)合方式（纖維化）兩種方法。 ?輥壓復(fù)合方式制備：在電極活性材料和導(dǎo)電添加劑粉末均勻混合后，向其中添加改性的聚四氟乙烯（PTFE）黏結(jié)劑并以干燥粉末狀態(tài)進行混合分散，然后通過輥壓機反復(fù)輥壓。強剪切力使PTFE球變成原纖維（纖維化）并形成基質(zhì)、大幅提高電極的致密度，從而將電極粉末混合和支撐在一起制成一定厚度的自支撐膜，再把得到的活性材料膜與金屬集流體通過導(dǎo)電膠粘結(jié)復(fù)合在一起形成干法電極。 ?由于固態(tài)電解質(zhì)界面的形成和穩(wěn)定的纖維 PTFE 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，輥壓復(fù)合方式組裝的電池在5000 次以上的循環(huán)中具有 92%的容量保持率，所制備的干法厚電極的致密度是傳統(tǒng)濕法電極的 1.6 倍。 ?輥壓復(fù)合工藝中需要自支撐膜制造&纖維化設(shè)備，包括氣流粉碎機、螺桿擠出機以及開煉機。 ?氣流粉碎機：壓縮空氣通過噴嘴高速射入粉碎腔后，活性物質(zhì)及粘接劑混合物通過進料口到達粉碎腔?；旌衔镌诟邏簹饬鞯淖饔孟孪嗷ヅ鲎卜鬯閷崿F(xiàn)原纖化，最后，混合物隨氣流上升至分級腔在輥壓設(shè)備作用下形成自支撐膜。氣流粉碎機的工作效率最高。 ?螺桿擠出機：混料自料口進入螺桿充滿螺槽后，會在旋轉(zhuǎn)的螺桿作用下在料筒內(nèi)壁和螺桿表面不斷被壓實、攪拌以及混合。在壓縮段結(jié)束處，螺桿會將混合均勻的物料按要求擠出機頭，在機頭中混合物會被塑成電極膜并送離擠出機，螺桿擠出機的良率最高。 ?開煉機：兩個相對回轉(zhuǎn)的輥筒對物料產(chǎn)生擠壓后，由于兩個輥筒的速比不同，可以產(chǎn)生對混料產(chǎn)生剪切力，速比越大剪切力越強。在輥筒的高剪切力下，混合物內(nèi)部的分子鏈會被打斷，實現(xiàn)均勻的混合，多次往復(fù)后在粘接劑原纖化的作用下即生成電極膜。 全固態(tài)電池中道工藝：疊片+等靜壓帶來設(shè)備增量需求 ?疊片機：全固態(tài)電池不適用卷繞設(shè)備，對疊片機需求更高，且精度要求更高。疊片可以通過正極，固體電解質(zhì)膜和負極的簡單堆疊實現(xiàn)電池各組件的集成，無論全固態(tài)電池還是液態(tài)電池都需要用到疊片機，但由于全固態(tài)電池的固態(tài)電解質(zhì)具有脆性特性，且對設(shè)備的精度和穩(wěn)定性要求更高，使得其需要進行更多的疊片工藝，因此，全固態(tài)電池制造所需要的疊片機需求也會增加。 ?按照裁片與疊片的先后順序?qū)B片工藝分為分段疊片和一體化疊片。分段疊片沿用液態(tài)電池疊片工藝，將正極、固體電解質(zhì)層和負極裁切成指定尺寸后按順序依次疊片后進行包裝；一體化疊片是在裁切前將正極，固體電解質(zhì)膜和負極壓延成3層結(jié)構(gòu)，按尺寸需求將該3層結(jié)構(gòu)裁切成多個“正極-固體電解質(zhì)膜-負極”單元，并將其堆疊在一起后進行包裝。在疊片技術(shù)中，由于一體化疊片可以提升質(zhì)量、降低成本、材料利用率高，故采用一體化疊片工藝。 ?全固態(tài)電池需要解決的核心難點之一是優(yōu)化固-固接觸界面。生產(chǎn)全固態(tài)電池一般是將正極、固態(tài)電解質(zhì)、負極堆疊在一起組裝?？紤]到固態(tài)電解質(zhì)要與電極形成良好的固固界面接觸、在循環(huán)過程中會發(fā)生接觸損耗以及要抑制鋰枝晶形成等，堆疊時需要新增加壓設(shè)備，施加超過 100MPa 壓力使各材料致密堆積。傳統(tǒng)熱壓、輥壓方案提供壓力有限且施加壓力不均勻，難以保證致密堆積的一致性要求，進而影響全固態(tài)電池的性能。 ?等靜壓技術(shù)用于改善全固態(tài)電池固固界面接觸問題，拉動等靜壓機成為核心增量設(shè)備之一。等靜壓技術(shù)基于帕斯卡原理，可以實現(xiàn)固固界面的致密化，有效消除電芯內(nèi)部的空隙，確保電解質(zhì)材料達到理想的致密化程度，提升電芯內(nèi)組件界面之間的接觸效果，從而顯著提升離子電導(dǎo)率 30%以上，降低電池內(nèi)部電阻率 20%以上，循環(huán)壽命提升 40%，大幅改善電池性能。而等靜壓成型需要用到的設(shè)備為等靜壓機。 ?等靜壓機核心原理基于帕斯卡定律：在密閉流體系統(tǒng)中，施加于不可壓縮介質(zhì)的壓力會均勻傳遞到各個方向。當(dāng)電池組件（正極/固態(tài)電解質(zhì)/負極堆疊體）置于高壓容器內(nèi)，液體或氣體介質(zhì)從多向施加超高壓強（通常>100MPa），迫使材料內(nèi)部顆粒重排、孔隙消除，實現(xiàn)三維均勻致密化。這一過程直接決定了固態(tài)電池的界面接觸質(zhì)量和體密度，進而影響能量密度、循環(huán)壽命及安全性。 ?相較于傳統(tǒng)輥壓技術(shù)的線性壓力（僅單軸壓縮），等靜壓實現(xiàn)了全向同性壓制，徹底解決了因壓力不均導(dǎo)致的“邊緣效應(yīng)”和“層間滑移”問題。以硫化物固態(tài)電池為例，等靜壓處理可使電極-電解質(zhì)界面接觸面積提升40%以上，界面電阻降低50%-70%，大幅提升離子傳輸效率。 ?按成型和固結(jié)時的溫度高低，等靜壓機主要分為冷等靜壓機、溫等靜壓機、熱等靜壓機三類。其中，冷等靜壓是目前最常用的等靜壓成型技術(shù)。 ?常規(guī)的鋰電池化成壓力要求為 3-10 噸，而全固態(tài)電池化成的壓力要求提高至 60-80 噸，需要引入高壓化成設(shè)備。全固態(tài)電池需要高壓化成的核心原因在于其獨特的固-固界面特性和離子傳導(dǎo)機制。 ?① 解決固固界面接觸問題：固態(tài)電解質(zhì)與電極之間是剛性接觸，存在微觀空隙和接觸不良，必須通過高壓（通常 60-100MPa）壓制才能消除界面空隙，增大有效接觸面積；促進固態(tài)電解質(zhì)與電極的物理/化學(xué)結(jié)合。 ?②激活離子傳導(dǎo)通道：固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低，需要高壓化成實現(xiàn)強制鋰離子穿透固固界面屏障，在界面處形成離子導(dǎo)通網(wǎng)絡(luò)，以及降低界面阻抗。
