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傳統(tǒng)鋰離子液態(tài)電池流程涵蓋制造、裝配、成品三個步驟。具體說來，制造過程是將正/負(fù)極材料與粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑等溶劑按照一定比例混合均勻涂抹在鋁/銅箔上，并通過輥壓形成正/負(fù)極片，再將正極片、負(fù)極片、隔膜經(jīng)卷繞制成卷芯，最后經(jīng)平壓、烘烤、注液、封裝、化成、分容等工序制成成品電池，主要涉及的工藝包括： ?勻漿工藝：鋰離子電池勻漿工序是將漿料中的導(dǎo)電劑粉體、高分子碳粘結(jié)劑、正負(fù)極活性材料（石墨粉體、鈷酸鋰粉體）等組分進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，去除漿料中殘留的氣體，從而形成穩(wěn)定懸濁液的工藝過程，是前段電極制造的基礎(chǔ)，其工藝品質(zhì)直接決定了后續(xù)工藝的開展，設(shè)備選擇方面主要采用球磨攪拌機(jī)、行星式攪拌機(jī)、靜態(tài)攪拌機(jī)。 ?涂布工藝：將正負(fù)極活性材料物質(zhì)的懸濁液漿料均勻涂布于鋁箔或銅箔片幅上的過程。其具體又包括剪切涂布、濕潤流平兩個工序，漿料通過剪切涂布工序在機(jī)械剪切應(yīng)力的作用下涂于片幅表面，進(jìn)一步由流平工序使?jié){料在片幅表面張力的作用下將涂膜表面變得平整而光滑。目前涂布方法眾多，如狹縫擠壓式涂布噴涂式涂布、電泳沉積式涂布、3D 打印式涂布等，其中狹縫擠壓式涂布為工業(yè)實踐中最廣泛使用的一種涂布方法。 圖：傳統(tǒng)鋰離子電池制作流程 ?烘干工藝：去除將涂布好的正負(fù)極片以一定的烘干速度去除濕涂層中的溶劑，使液態(tài)漿料經(jīng)烘干后表面固化形成多孔、多組分涂層結(jié)構(gòu)，一般采用烘道式烘干方式，以空氣作為熱載體，利用對流加熱涂層，使涂層中水分或其他溶劑氣化并被空氣帶走。 ?輥壓工藝：極片在涂布、干燥完成后，活物質(zhì)與集流體箔片的剝離強(qiáng)度很低，此時需要對其進(jìn)行輥壓，增強(qiáng)活物質(zhì)與箔片的粘接強(qiáng)度，以防在電解液浸泡、電池使用過程中剝落，并提高鋰離子電池的容量和能量密度，同時活物質(zhì)內(nèi)部空隙率降低，可以降低鋰離子電池的內(nèi)阻，改善鋰電池的循環(huán)壽命等等,最終獲得符合設(shè)計要求的極片。 ?分切工藝：將連續(xù)的極片材料按照預(yù)定的尺寸進(jìn)行切割，形成具有統(tǒng)一規(guī)格的極片，以供后續(xù)的電池組裝使用。 ?卷繞工藝：將正極片、負(fù)極片和隔膜通過特定的設(shè)備和工藝卷繞成電芯的過程。 ?注液工藝：在電池有限的內(nèi)部容腔內(nèi)，通過一定的工藝方式把電解液注入容腔內(nèi)，一部分電解液浸潤到電芯內(nèi)部，另外一部分占據(jù)未被充填的空間，導(dǎo)通正負(fù)極之間離子，擔(dān)當(dāng)鋰離子傳輸介質(zhì)的作用 ?化成分容工藝：通過特定充放電方式以激活內(nèi)部物質(zhì)，再進(jìn)行組配的過程。 在干法電極以及固態(tài)電解質(zhì)等技術(shù)的引入下，固態(tài)電池制造設(shè)備較傳統(tǒng)鋰離子液態(tài)電池變化較大。11月21日在深圳舉辦的2024高工鋰電年會固態(tài)電池論壇上，利元亨固態(tài)電池技術(shù)總監(jiān)盧其輝表示，全固態(tài)電池制造過程相對液態(tài)電池主要區(qū)別在于，全固態(tài)電池增加了干法混合、干法涂布、無隔膜疊片、高壓化成分容等工序，刪減了注液部分。根據(jù)《Solid-State Battery Roadmap 2035+》報告，固態(tài)電池制造設(shè)備與目前最先進(jìn)的鋰離子液態(tài)電池制造設(shè)備相似度僅20%-60%。 前段工藝：引入干法電極技術(shù) ?固態(tài)電解質(zhì)材料易與溶劑發(fā)生反應(yīng)，電極從濕法走向干法。固態(tài)電解質(zhì)，尤其是硫化物固態(tài)電解質(zhì)，對水和極性有機(jī)溶劑極為敏感，因此只能使用非極性或弱極性溶劑，但兩者會降低固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性。因此，使用干法電極技術(shù)較濕法電極技術(shù)更優(yōu)，干法電極技術(shù)還具備電極面密度和容量高、倍率和循環(huán)性能較好、極片內(nèi)阻低等其他優(yōu)勢。 ?濕法合漿多采用雙行星攪拌機(jī)，為實現(xiàn)干法合漿或改用球磨機(jī)等機(jī)械干混設(shè)備。傳統(tǒng)濕法合漿多通過雙行星攪拌機(jī)進(jìn)行工作，其利用流體力剪切分散漿料，并通過行星齒輪傳動實現(xiàn)公、自轉(zhuǎn)，形成一個不隨攪拌器轉(zhuǎn)動而改變的湍流流場以實現(xiàn)物料的無死角均勻混合，最終實現(xiàn)漿料混合的過程。而干法合漿則多采用雙刀片磨粉設(shè)備、球磨設(shè)備、循環(huán)混合機(jī)等機(jī)械干混方法實現(xiàn)干混。以球磨機(jī)設(shè)備工作原理為例：利用球磨機(jī)中磨球之間以及磨球與缸體之間的相互滾撞產(chǎn)生剪切、碰撞、摩擦作用，使接觸到磨球的納米粒子被磨碎或者撞碎，同時納米粒子在磨球的空隙內(nèi)受到強(qiáng)烈的混合作用而實現(xiàn)納米量級的均勻分散，完成合漿工作。 ? 濕法涂布多采用狹縫擠壓設(shè)備+烘干設(shè)備實現(xiàn)電解質(zhì)膜制備。以工業(yè)生產(chǎn)中最常見的狹縫擠壓涂布設(shè)備為例，其利用流體物性，通過擠壓讓流體經(jīng)過有特殊通道的涂布頭，然后涂覆在運(yùn)動的基材上，以得到較高精度的涂層，后采用烘箱干燥或是固化的方式對涂覆的液體涂層進(jìn)行處理，從而生成一層具有特殊功能的膜層。 ?干法涂布在不同工藝路線下的設(shè)備需求不盡相同，但共性在去除烘干設(shè)備&增加輥壓設(shè)備。干法電極工藝主要采用麥克斯韋法、熱擠壓法、干式噴涂沉積法、3D打印法實現(xiàn)電解質(zhì)膜制備。以下對各方法的工藝流程及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行介紹： ?麥克斯韋法：先將電極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑通過干混的方式充分混合，再通過纖維化設(shè)備將混合物纖維化，后續(xù)經(jīng)多次（熱）輥壓形成電極膜。該方法去除了濕法涂布設(shè)備、烘干設(shè)備，增加了纖維化設(shè)備、輥壓設(shè)備。 中段工藝：疊片+膠框印刷+等靜壓技術(shù)取代卷繞 ?由于電解質(zhì)的化學(xué)特性問題，固態(tài)電池很難用卷繞方式進(jìn)行組裝，疊片或成為主流。從工藝成熟度、成本、效率等方面考慮,疊片可以通過正極,固體電解質(zhì)膜和負(fù)極的簡單堆疊實現(xiàn)電池各組件的集成，是最適用于全固態(tài)電池制備的工藝，疊片工藝是將即將切割好的基本堆疊物相互堆疊，形成電池堆以實現(xiàn)電芯裝配。 ?新工藝下易導(dǎo)致極片變形，引入膠框避免短路問題。固態(tài)電池取消隔膜，且要求大壓力化成，因此電池極片邊緣變形，容易導(dǎo)致內(nèi)短路問題，因此為防止變形、短路，需將樹脂印刷到電極邊緣位置形成回形框，在壓力下起到支撐和絕緣作用。根據(jù)利元亨公開專利《固態(tài)電池極片膠框覆合方法、裝置及疊片設(shè)備》，固態(tài)電池膠框復(fù)合流程為：1）在料帶膜上設(shè)置固態(tài)/半固態(tài)膠框；2）將片狀電極膜置于膠框內(nèi)周形成極片電極膜；3）進(jìn)行壓合實現(xiàn)粘連；4）剝離料帶膜。 ?為消除固態(tài)電池疊片后產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)缺陷，需采用等靜壓技術(shù)。固態(tài)電解質(zhì)由于其潤濕性較差，在與固態(tài)正極之間的固-固接觸界面處形成一定的結(jié)構(gòu)缺陷，因此在界面處會具有更高的接觸電阻，導(dǎo)致電池性能下降。為解決上述問題，等靜壓技術(shù)因其可有效消除電芯內(nèi)部空隙，提升電極、電解質(zhì)不同材料界面之間的接觸效果，進(jìn)而增強(qiáng)導(dǎo)電性，提高能量密度，在固態(tài)電池制備中得到采用。 ?等靜壓技術(shù)利用液體或氣體不可壓縮和均勻傳遞壓力的性質(zhì)、支持從各個方向?qū)庸ぜM(jìn)行均勻加壓。等靜壓技術(shù)可分為3類：冷等靜壓（CIP）、溫等靜壓（WIP）以及熱等靜壓（HIP）。產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，韓國LG能源公司采用冷等靜壓機(jī)+新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)制備了無負(fù)極全固態(tài)電池，三星SDI則在其固態(tài)電池產(chǎn)線中測試中采用了水壓和輥壓工藝的溫等靜壓機(jī)，但因熱等壓技術(shù)具備：1）高度均勻性，熱等靜壓機(jī)能夠確保電池組件在高壓和高溫下受到均勻的壓力，從而產(chǎn)生高度均勻的材料，提高電池的整體性能 2）可控性強(qiáng)，通過調(diào)節(jié)壓力和溫度等參數(shù)，可以精確控制固態(tài)電池的致密化和界面接觸過程，滿足不同應(yīng)用場景的需求 3）適用范圍廣，熱等靜壓機(jī)適用于不同材料和結(jié)構(gòu)的固態(tài)電池生產(chǎn)三大特性，或成為未來應(yīng)用最廣泛的等靜壓設(shè)備。