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未來能源:固態(tài)電池生產工藝流程分析(40頁報告)
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前段工序:全固態(tài)電池更適配干法電極方案

? 硫化物固態(tài)電池未來或采用干法電極工藝:干混+纖維化+輥壓成膜。干法電極工藝是在無溶劑環(huán)境下,將活性材料、導電劑、粘合劑混合后,在一定溫度、剪切力作用下使粘結劑發(fā)生纖維化形成三維網狀結構混勻材料,之后將其輥壓覆蓋在集流體表面來形成電極。硫化物電解質對于水、氧氣等敏感并對部分溶劑的化學穩(wěn)定性較差,故而與干法工藝更加適配。

? 針對干性粉料混合,需增加干混纖維化設備。固態(tài)電池混料環(huán)節(jié)使用干性顆?;蛘叻垠w,原有液態(tài)電池攪拌設備需要改進,對攪拌器位置、攪拌速度以及溫度等做出調整,以保證混合的效率、混合后粘度以及均勻性。另外固態(tài)電池混料后需要增加纖維化設備以提升粉體成膜性能。干混與纖維化關聯(lián)程度高,部分廠商對兩者進行一體化設計。

? 成膜階段新增輥壓設備需求。干法電極工藝中輥壓設備主要用于成膜環(huán)節(jié)。干法輥壓需要施加較大壓力或者采用多輥差速輥壓等方式、將干粉壓實到特定密度與厚度;對于設備精度要求更高。

? 目前干法混料與纖維化環(huán)節(jié),宏工科技等企業(yè)布局領先;輥壓設備領域,納科諾爾等企業(yè)積極布局。此外,先導智能、曼恩斯特、贏合科技等公司整合前道工序,已實現干法前段設備的全覆蓋。

中段工序:卷繞更換為疊片設備、增加等靜壓設備

? 固態(tài)電池電解質層柔韌性較差,未來或全部采用疊片工藝。固態(tài)電解質具有脆性,不適用卷繞工藝,需全部采用疊片工藝。另外,由于固態(tài)電池各極片大小不一,邊緣無隔膜部分易錯位發(fā)生短路,對疊片設備精度提出更高要求。

? 為改善固態(tài)電池固-固界面接觸問題,需要增加等靜壓工藝。固態(tài)電池各材料層堆積時,需要施加一定壓力對其進行致密化處理。但是傳統(tǒng)熱壓和輥壓方案提供壓力有限且施加壓力不均勻,電極和電解質材料結合的緊密性以及材料密度均勻性難以保障。等靜壓技術是將帶壓實的粉料、胚料等置于密封容器中,以高壓流體為介質,將其產生的靜壓力均勻從各個方向對加工件加壓。等靜壓技術應用于固態(tài)電池中,可使電極和電解質材料緊密結合,優(yōu)化界面接觸,消除電芯內部空隙,減少界面阻抗,提升電池離子電導率和機械強度。

后段工序:或采用高壓化成工藝

固態(tài)電池內部阻抗相較液態(tài)電池更高,需要施加更大的壓力強制鋰離子穿透固-固界面屏障,形成離子導通網絡。常規(guī)電池化成壓力在6噸左右;固態(tài)電池化成壓力則需要10-100噸,同時化成時間亦顯著增加。