前段工序:全固态电池更适配干法电极方案
• 硫化物固态电池未来或采用干法电极工艺:干混+纤维化+辊压成膜。干法电极工艺是在无溶剂环境下,将活性材料、导电剂、粘合剂混合后,在一定温度、剪切力作用下使粘结剂发生纤维化形成三维网状结构混匀材料,之后将其辊压覆盖在集流体表面来形成电极。硫化物电解质对于水、氧气等敏感并对部分溶剂的化学稳定性较差,故而与干法工艺更加适配。
• 针对干性粉料混合,需增加干混纤维化设备。固态电池混料环节使用干性颗粒或者粉体,原有液态电池搅拌设备需要改进,对搅拌器位置、搅拌速度以及温度等做出调整,以保证混合的效率、混合后粘度以及均匀性。另外固态电池混料后需要增加纤维化设备以提升粉体成膜性能。干混与纤维化关联程度高,部分厂商对两者进行一体化设计。
• 成膜阶段新增辊压设备需求。干法电极工艺中辊压设备主要用于成膜环节。干法辊压需要施加较大压力或者采用多辊差速辊压等方式、将干粉压实到特定密度与厚度;对于设备精度要求更高。
• 目前干法混料与纤维化环节,宏工科技等企业布局领先;辊压设备领域,纳科诺尔等企业积极布局。此外,先导智能、曼恩斯特、赢合科技等公司整合前道工序,已实现干法前段设备的全覆盖。
中段工序:卷绕更换为叠片设备、增加等静压设备
• 固态电池电解质层柔韧性较差,未来或全部采用叠片工艺。固态电解质具有脆性,不适用卷绕工艺,需全部采用叠片工艺。另外,由于固态电池各极片大小不一,边缘无隔膜部分易错位发生短路,对叠片设备精度提出更高要求。
• 为改善固态电池固-固界面接触问题,需要增加等静压工艺。固态电池各材料层堆积时,需要施加一定压力对其进行致密化处理。但是传统热压和辊压方案提供压力有限且施加压力不均匀,电极和电解质材料结合的紧密性以及材料密度均匀性难以保障。等静压技术是将带压实的粉料、胚料等置于密封容器中,以高压流体为介质,将其产生的静压力均匀从各个方向对加工件加压。等静压技术应用于固态电池中,可使电极和电解质材料紧密结合,优化界面接触,消除电芯内部空隙,减少界面阻抗,提升电池离子电导率和机械强度。
后段工序:或采用高压化成工艺
固态电池内部阻抗相较液态电池更高,需要施加更大的压力强制锂离子穿透固-固界面屏障,形成离子导通网络。常规电池化成压力在6吨左右;固态电池化成压力则需要10-100吨,同时化成时间亦显著增加。