中基自動化研究院王磊：固態(tài)電池將重塑整個裝備行業(yè)價值鏈
固態(tài)電池的概念，是基于復(fù)雜多樣的場景需求應(yīng)用運而生，其強大的性能被視為電池領(lǐng)域的“六邊形戰(zhàn)士”，具備高安全性、高循環(huán)壽命、高能量密度、寬溫適應(yīng)性、快充放電速度，以及更靈活的封裝形式等優(yōu)勢，能夠有效滿足新能源汽車、低空經(jīng)濟以及機器人等諸多新興領(lǐng)域的需求。
在日前舉行的第十屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2025)上，深圳市中基自動化股份有限公司研究院院長王磊，作題為《面向固態(tài)鋰電池的電芯組裝技術(shù)》的演講，探討了裝備視角下的固態(tài)電池制造技術(shù)發(fā)展趨勢。
圖為深圳市中基自動化股份有限公司研究院院長王磊作主題演講
“六邊形戰(zhàn)士”是理想化狀態(tài)下的固態(tài)電池，然而當(dāng)前固態(tài)電池的實際發(fā)展現(xiàn)狀與理想存在差距。在王磊看來，目前主流的三種固態(tài)電解質(zhì)，氧化物、硫化物和聚合物各有優(yōu)劣，把它們合起來才能滿足六邊形戰(zhàn)士的各種性能，而當(dāng)前的固態(tài)電池技術(shù)都是“偏科生”。但未來，行業(yè)必然會朝著實現(xiàn)“六邊形戰(zhàn)士”的方向發(fā)展。
“固態(tài)電池的最終發(fā)展，需要產(chǎn)業(yè)界從材料端、到工藝端、到裝備端的協(xié)同發(fā)展，才有可能達(dá)到理想的狀態(tài)?！蓖趵谥赋?，對于固態(tài)電池的性能指標(biāo)，材料、工藝、裝備，是三位一體、緊密結(jié)合的。材料是基礎(chǔ)，決定電池的性能;工藝是靈魂，決定電池制造的實現(xiàn)路徑;裝備是保證，決定電池的最終落地產(chǎn)出。
01
裝備實現(xiàn)價值鏈重塑
全固態(tài)電池對整個裝備行業(yè)，將帶來價值鏈的重塑，設(shè)備價值分布將呈現(xiàn)顯著變化，其中？前段工藝制造環(huán)節(jié)？的變革，最為突出。王磊指出，前段的制造環(huán)節(jié)中純新增的工藝，占據(jù)全固態(tài)電池整體制造流程的20%以上，這涉及纖維化設(shè)備、膠框印刷、等靜壓機等全新設(shè)備。
同時，由于現(xiàn)有液態(tài)電池制造工藝和設(shè)備很難滿足固態(tài)電池的需求，需要進(jìn)行改造升級，前段工序升級比例大約30%，其他工序部分有40%-50%需要做適當(dāng)?shù)母脑欤ǜ苫鞕C、輥壓機、疊片機、化成機等。另外，一部分的液態(tài)工藝也將被取消，包括卷繞、注液，當(dāng)然原位固化聚合物的固態(tài)電池，也可能延續(xù)這種設(shè)備。
“在前段設(shè)備當(dāng)中，干法電極的無溶劑革命，是固態(tài)電池比較火熱的工藝變化，其成本優(yōu)勢，節(jié)省了大量溶劑回收的能耗，而且能夠讓材料的壓實密度、能量密度，得到非常大的提升?！蓖趵趶娬{(diào)，該工藝目前呈現(xiàn)百花齊放的狀態(tài)，比如干法電極制膜工藝，就存在粉末壓片、氣相沉積、粉末噴涂、粘結(jié)劑纖維化等一系列工藝。
在中段設(shè)備當(dāng)中，疊片機更加適合固態(tài)電池制造?！肮虘B(tài)電解質(zhì)的脆性、硬度很難用卷繞方式實現(xiàn)，對疊片的工藝是非常大的利好，但同時對疊片的速度和精度，都提出了更高要求。”王磊指出，因為固態(tài)電解質(zhì)無流動性，極片與電解質(zhì)必須逐層精準(zhǔn)對齊，并施加持續(xù)壓力，任何偏移，都會導(dǎo)致界面空隙、阻抗飆升。
“全固態(tài)電池制造工藝，需要解決的最核心難點，是如何優(yōu)化固-固接觸界面?！痹谕趵诳磥?，等靜壓機是目前實現(xiàn)各向同性壓實界面的最優(yōu)解。靜壓機，分為溫等靜壓機和熱等靜壓機兩種，兩者存在效率和質(zhì)量的PK與制衡。采用熱等靜壓機可實現(xiàn)更好的壓實度，但效率非常低;采用冷等靜壓機效率很高，能夠滿足量產(chǎn)需求，但是壓實質(zhì)量不足。
到了后段工序，由于固態(tài)電解質(zhì)需4.5V以上高電壓才能形成穩(wěn)定、低阻抗的界面層，對化成設(shè)備提出了前所未有的挑戰(zhàn)。這就需要用高壓化成來激活固態(tài)電解質(zhì)的潛能?！昂诵膯栴}，也是解決固固界面接觸的問題;等靜壓的方式，是解決機械層面的問題;而高壓化成，則是通過高壓激活整個電子傳導(dǎo)通道。”王磊進(jìn)一步解釋。
02
技術(shù)領(lǐng)先的解決方案
中基自動化主要聚焦于提供電池制造的中段組裝和封裝設(shè)備，無論是軟包、方形還是圓柱，都有相關(guān)的解決方案。“從2021年開始，公司已經(jīng)開始陸續(xù)接到固態(tài)、半固態(tài)企業(yè)的設(shè)備需求，同時公司也逐步在做跟全固態(tài)電池直接相關(guān)的項目開發(fā)。”王磊透露。
行業(yè)周知，目前中國市場的動力電池，是以方形電池為主。王磊認(rèn)為，隨著固態(tài)電池的發(fā)展，“軟包電池將迎來回歸的春天”。他指出，固態(tài)電池要求封裝要具備柔韌性，而且軟包能夠?qū)崿F(xiàn)能量密度最大化，本身重量輕，空間利用率比較高，更容易做成異形電池，適應(yīng)邊界更廣。
據(jù)介紹，中基自動化的軟包電芯裝配線端技術(shù)，單線產(chǎn)能可以做到18PPM以上，兼容多種尺寸形式。目前，該公司已開發(fā)出了超聲波極耳焊接、超聲波焊接實時監(jiān)控、鋁塑膜精密沖坑、固態(tài)電池用夾具拘束轉(zhuǎn)運、固態(tài)電池封裝折極耳等眾多先進(jìn)技術(shù)。
“超聲波焊接，是電池制造中比較關(guān)鍵的工序，即使是未來全固態(tài)電池，也離不開極耳超聲波焊接。”王磊表示，該公司開發(fā)的超聲波極耳焊接技術(shù)，包含了電池尺寸監(jiān)控閉環(huán)的控制功能，滿足在極耳超聲焊接過程的尺寸超差問題，電芯的精度可以做到±0.2毫米以下，單機效率達(dá)到20PPM。
在封裝技術(shù)方面，中基自動化開發(fā)出了鋁塑膜精密沖坑技術(shù)，集成了鋁塑膜放卷張力控制系統(tǒng)，放卷糾偏精度達(dá)到±0.1毫米，糾偏范圍達(dá)到±10毫米，沖坑精度達(dá)到±0.1毫米，單機效率達(dá)到20PPM高速沖坑要求，鋁塑膜的切刀壽命可達(dá)100萬次以上。
除了軟包電池裝配產(chǎn)線，中基自動化從2016年開始做方形電池裝配線，目前產(chǎn)能可達(dá)24PPM以上。王磊特別提到，該公司開發(fā)的溫壓精準(zhǔn)控制技術(shù)，用于電池冷壓和熱壓，解決了電極材料容易粘壓板的問題，電芯熱壓良率達(dá)99.9%以上;該公司的高效精密激光焊接系列技術(shù)，密封釘焊接可做到無飛濺，焊接速度達(dá)20-70mm/s。
值得注意的是，在本屆峰會上，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主編、動力電池應(yīng)用分會權(quán)威編撰的《2025年中國固態(tài)電池行業(yè)發(fā)展白皮書》正式發(fā)布。作為行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與趨勢研判的重要文獻(xiàn)，該白皮書系統(tǒng)梳理了固態(tài)電池技術(shù)路線、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程及市場前景。中基自動化作為聯(lián)合發(fā)布單位，受邀參與白皮書聯(lián)合發(fā)布儀式，彰顯其在固態(tài)電池裝備領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。
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