作为全球领先的锂电装备企业，利元亨能够满足氧化物、聚合物半固态电池批量生产的设备需求，同时也能满足硫化物、卤化物全固态电池整线生产设备需求。公司的半固态电池设备已经批量出货，全固态电池设备也整线中标，得到了客户的认可。
图为广东利元亨智能装备股份有限公司研究院院长杜义贤演讲
在日前举行的第九届动力电池应用国际峰会(CBIS2024)“先进电池技术及应用”主题论坛上，广东利元亨智能装备股份有限公司研究院院长杜义贤应邀出席，并作主题为《固态电池工艺解析及整线装备》的演讲。
“液态锂电池与半固、全固态电池的核心区别在于，有没有隔膜和电解液。”杜义贤谈道，固液混合半固态电池仍然保留隔膜，在隔膜涂覆固态电解质层，正极掺混固态电解质，电解液用量降低;凝胶半固态电池也保留隔膜，增加原位固化工艺，即将电解液凝胶化，降低液相组分。
而全固态电池则完全没有隔膜，用固态电解质膜代替隔膜，且正负极掺混固态电解质，需要用大拘束压力改善固固界面。这对制造设备提出了很高的要求。
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固态电池核心设备
“从工艺上来说，全固态电池极片制造既可以采用干法，也可以采用湿法。”杜义贤指出，将固态电解质复合到负极进行制片，再与正极进行无隔膜叠片，由于极片与电解质的固固接触存在孔隙导致离子导电率不高，需要采用大压力致密化，提升接触性能降低界面电阻。
目前，利元亨重点布局的固态电池设备，有电极干法涂布设备、辊压热复合双轧一体机、极片胶框印刷&叠片一体机，以及高压化成分容设备。“特别是对于硫化物电池来说，对生产车间的环境要求更高，不仅要更严格的低露点管控，设备还要增加防毒和防爆设计。”杜义贤强调。
干法电极设备：干电极的制造步骤可分为干混(混合+纤维化+造粒)、电极膜制造(成膜+减薄)、压制电极(电极膜与集流体复合);相比较湿法电极工艺，可减少11.5%的原材料溶剂成本，以及减少46%以上能源消耗，具备高经济性。
多辊压延和干式静电喷涂，是目前比较流行的两种干电极制造方案。据介绍，利元亨第三代干法电极设备采用高通量多辊压延方法，用大小辊配置实现更严格的公差控制，并将材料减薄至极小厚度;同时配合定量进料设计，能够适应所有不同化学体系固态电池的干法电极。
辊压热复合双轧一体机：该设备具备正负极辊压、电解质热压复合功能;将固态电解质压制转移到电极材料上，通过使用红外预热，固态电解质可以顺利地从PET基材上剥离下来。“目前行业也有两种方案，一个是先把电解质进行压制，然后再转移到极片上去;另外是将电解质直接涂布到极片上。”杜义贤介绍道。
因为现在的固态电池产业仍处于发展初期，所以利元亨第二代辊压热复合双轧一体机采用电解质压制转印技术，能够实现制造质量的分段控制;同时将极片辊压和电解质热复合功能集成一款机型，减少占地面积。
极片胶框印刷&叠片一体机：固态电池取消隔膜之后，且要求大压力化成，因此电池极片边缘变形，容易导致内短路问题。在制造过程中，需要绝缘框印在正极和负极之间。绝缘框的制造工艺比较多，现在流行四种方案，一是印刷，二是UV打印，三是涂胶，四是点胶。
利元亨第二代极片胶框印刷&叠片一体机，采用较高通量的印刷技术，集胶框打印和电极叠片功能于一体，不仅能减少占地面积，还能够兼容无隔膜层叠、无隔膜层叠外包隔膜两种叠片工艺。
高压化成分容设备：该设备主要是经过初始充放电过程，激活电极材料并稳定电池性能。常规电池化成压力要求3吨-10吨， 固态电池压力要达到10兆帕，折合压力达到60吨-80吨。
为了解决高压的需求，利元亨第三代化成设备采用卧式层推结构，在平板平面度、温度精度、压力控制、设定分辨率都有很好的表现。针对固态电池生产增加的安全防护设计，共计150项保护功能。
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硫化物固态电池防毒防爆
硫化物固态电池含有有害物成分锂磷硫氯，暴露在环境中遇到水分子，易产生有毒气体硫化氢，会对人体产生伤害。
杜义贤介绍，针对硫化物固态电池产线的防毒防爆问题，利元亨提出了三个安全准则：一、提高工艺流程密闭化水平，是减少源泄漏和保证本质安全的关键;二、适当提高设备小环境密闭性、物料转移密闭性、管道机械密封等级，是减少逸散泄漏的重点;三、设置有毒气体检测安全仪表系统，是生产安全运行和人身安全健康基本保障和重要措施。
基于上述三个准则，利元亨在防毒防爆方面设计了三步法。第一步，对设备防爆分区进行评估。根据硫化氢产生的量，对设备进行分区。第二步，工艺流程密闭化设计，对设备的密封以及排风管道的布置都是有非常严格的要求。第三步，极电软控功能性安全设计。
03
推进固态电池量产进程
虽然行业对固态电池寄予厚望，不过杜义贤也指出，从整个行业来讲，全固态电池量产仍有两个工艺难点没有攻克。
首先，干法正极连续生产面临挑战。干混技术和粉末定量进料技术存在难题，降低了制造速度以及电极材料均匀分布。“现在工艺存在的问题成膜型差，很难形成一个很好成型的膜，更谈不上怎么卷起来运到下一个工艺区。电极材料的均匀性存在很大的问题。”杜义贤说道。
第二个难题就是等静压工艺。为了固固界面很好地结合，需要加大压力，但大压力对电池材料是一种极大的破坏。高达500Mpa等静压，会对电芯造成外观破损和内短路问题。另外，大压力对设备的安全性防护要求更高。
杜义贤表示，利元亨期待与行业伙伴及客户通力合作，共同推进固态电池量产化进程!
