利元亨研究院院長杜義賢：已交付全固態電池中試產線
“利元亨能夠提供半固態電池的批量生產線，全固態電池中試批量生產線也已經開始交付頭部客戶?！痹谌涨芭e行的第十屆動力電池應用國際峰會(CBIS2025)上，利元亨研究院院長杜義賢在主題演講中表示。
圖為利元亨研究院院長杜義賢作主題演講
從設備的角度來講，固態電池產線并非是對液態電池產線的完全顛覆。杜義賢指出，對于全固態電池的生產線，在前段工序中干法和濕法都可以選擇，不是說全固態電池一定要用干法，而且現實來看這兩種技術路線是并行的，并且濕法路線目前占比還會更高一些。
那么，在固態電池的生產過程當中，到底涉及哪些與液態電池不一樣的地方?杜義賢總結，固態電池與液態電池的制造工藝區別，主要體現在高壓致密化工藝、電極與電解質復合工藝、防短路絕緣封裝工藝、疊片工藝以及高壓化成工藝等幾個方面。
01
固態電池設備技術需求
圍繞固態電池的制造流程，杜義賢闡釋了各環節對設備的技術需求。行業周知，電極工藝可以分為干法和濕法，是在制片工序的最前段。杜義賢指出，濕法工藝的優勢是技術比較成熟穩定、一致性好，但占地和能耗成本比較高，對環境污染性比較大。
干法工藝的優勢是生產線簡單，能夠做到極致降本，環境也很友好，不會產生有毒的溶劑，而且制作的壓實密度也很高。但它的挑戰是技術還不成熟，良率比較低，電極一致性和持久性還待驗證，同時粘結劑的選擇非常受限制。
電極做完之后，接下來的環節，就是電極和電解質之間的復合，有壓制轉印和電解質涂覆兩種工藝。杜義賢介紹，壓制轉印是目前用得比較多的工藝，就是把電解質做成膜，覆在基體上再成卷，在復合時把成卷的電解質先加熱，用壓力輥壓到極片上。
壓制轉印工藝的優勢，是能夠擁有獨立的優化空間，也能避免溶劑之間相互干擾。但該工藝比較復雜，因為電解質膜和電極片是分開制造，所以界面阻抗、電解質成膜時的機械與化學性能的匹配性，都是很大的挑戰。
電解質涂覆工藝，則可以在極片上直接涂上電解質，其優勢是工藝比較簡單，成本很低。但對漿料溶劑的要求比較高，干燥的工藝窗口比較低，如果控制不好，容易在干燥的地方產生裂痕。
“把電解質和極片做完之后，下面再開始疊片，我們知道電池成型之后，是先高壓的，此時由于在電池的邊緣，容易產生正負極短路，所以就需要絕緣膠框。”杜義賢介紹，膠框有網板印刷、點膠、激光制痕涂膠三種制作工藝。
網板印刷，是將絕緣用的膠框的漿料放在網板上，網板是有膠框的形狀，把它涂在或者刮在極片上。這種方式比較成熟，速度很快，成本很低，成型效果很好，膜厚均勻性好。但挑戰是要充分理解漿料和電池片的化學反應，同時網板是耗材，需要維護和更換。
點膠，是在極片的周圍用噴膠的方式，或者點膠的方式點一圈膠框，優勢是靈活性很高，能噴任何形狀，電池要換型號也很快就能適應，材料浪費也少。但是該工藝難以適應大批量生產，生產效率很低，而且在噴的過程當中，沒有任何膠型，所以尺寸控制精度比較差，對膠水的性能要求也非?？量?。
激光制痕涂膠，是先在極片上用激光畫一個溝槽圈，再把膠涂到溝槽里進行UV燈照，或者用熱量來固化。這種工藝的精度高，與極片的接合力好，形狀一致性也好。但它的設備和工藝成本很高，刻痕的時候都是用超快激光，而且工藝很復雜。
“我們認為在批量不大的時候，推薦用網板印刷這種方式，現在頭部的客戶也在跟我們對接，如果再更大批量可以把膠框先做好，做到基材上跟電解質一樣，直接印到極片上，就跟印刷一樣就非?？臁！倍帕x賢建議。
膠框做完之后就可以進行疊片，與液態電池相比，固態電池的疊片對齊度精度要求更高。這需要從四個方面著手解決：
第一，極片檢測實時反饋，至少精度要控制在±0.02毫米以內。第二，在視覺引導下糾偏平臺的自動補償精度要高，而且仿真對齊度的Cpk要高。第三，糾偏平臺的重復精度要高，運動精準性要高。第四，整個疊片機要全面做振動測試，通過高精度視覺檢測實時糾偏，配合技術保證疊片精度控制在±0.1毫米以內。
疊片做完電池之后就要開始進行高壓致密化，工藝包括等靜壓和多級輥壓。等靜壓要求達到600兆帕的壓力，難度很大;多級輥壓則不需要等靜壓。
“我們認為多級輥壓和溫等靜壓并不是二選一的模式，而是協同配合的關系。初級致密化可以用多級輥壓，終級致密化的時候采用等靜壓?！倍帕x賢指出，這種組合方式是為了解決固固耦合界面的問題，可以在一定程度上降低對等靜壓要達到600兆帕大壓力的要求。
在最后的高壓化成階段，固態電池的工藝挑戰比較大，杜義賢指出，這主要是因為層板壓力要大于10兆帕，折換成壓力來講要超過80噸;現在的液態電池的壓力則在3-10兆帕。“而且層板之間的壓力均勻度要達到2.5%，溫度精度要控制在兩度以內，這都是很苛刻的要求。”
02
固態電池生產的安全防護
在固態電池的制造過程中，對環境的安全要求也非常高。杜義賢重點提及了硫化物生產過程中人員安全的防護。他指出，硫化物在空氣中穩定性很差，遇水就產生硫化氫，這種有毒氣體會對人體造成很大危害。
因此，利元亨制定了一整套硫化物固態電池產線防毒和防爆的設計規范，并與客戶一起進行演練，以保證生產過程當中對人員的安全。利元亨的安全防護分為三重，第一重是設備內部的管道布局，任何一個地方的硫化氫都能夠及時排出去;第二重是做好設備的密閉性，每個設備的外罩都要經過測試;第三重是整個生產環境絕對密閉。
“我們要對設備分區進行評估，會拿著硫化物電解質來進行測試，測試硫化氫的釋放速率，根據速率來計算濃度和排風量。在這個基礎上進行劃分等級?！倍帕x賢闡釋，此外還有工藝流程密閉化設計，以及機電軟控性能安全設計，都是從本質上要規避安全問題?？傮w來講，人、機、料、法、環、測六個方面，對安全一個都不能放松。
據介紹，利元亨已經建有1300平米的固態電池潔凈室，干燥室的露點也能夠達到-55℃，主要包含電極干法混料和干法涂布、絕緣膠框印刷和疊片、銅鋰復合、負極純鋰金屬激光切割和鋰合金金屬切割、鋰金屬片損傷測試等五個方面的工作。
“我們也跟我們的客戶共建了12個聯合實驗室，實驗項數超過了1600個，包含了運控、激光、視覺、超聲波、電源等多個領域。利元亨非常開放，愿意跟大家一起推動全固態電池的行業發展?！倍帕x賢表示。
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