聚焦干法工艺和整线方案“双轮”突破,抢占先机。
今年来,随着固态电解质等关键材料的技术成熟,全固态电池进入了量产验证的全新阶段。
一方面,小型、高安全全固态电池在3C数码设备、两轮电动车等应用场景中的探索已取得实质进展。今年10月,屹锂科技、纯锂新能源的硫化物基与聚合物基全固态电池生产线相继投产,年产能规模达到百MWh级别。
另一方面,面向乘用车、商用车、储能、航空航天等动力要求更高的市场,全固态电池在电解质材料、产品规格与系统设计上的差异化探索,也推动了产线验证步伐的加快。据高工锂电不完全梳理,今年来固态电池新增产能(含公开、签约、开工等)已超140GWh,累计规划产能已超过400GWh。
从局部突破到整体推进,全固态电池的产业化进程不断超出市场预期。这不仅是技术路线逐步确定的体现,更得益于产业链上下游的协同创新,尤其是材料和设备领域的深入合作。
全固态电池在技术路线、核心材料和产品设计逐步定型的同时,也对制造工艺与设备提出了更高要求。如何在量产过程中平衡良率、效率与成本,已成为行业关注的焦点。
在这一背景下,锂电设备企业凭借技术积累与市场洞察,逐步切入全固态电池的核心环节。例如,围绕固态电极和固态电解质膜的制备需求,设备企业正在加快研发适配干法工艺的设备解决方案。
以先导智能为例,该公司基于在锂电智能装备整线上的浓厚技术积累,推出了全球首条拥有自主知识产权的全固态电池整线解决方案,从前段的全固态电极、电解质膜制备设备,到后段的高压化成分容、致密化设备等,提供了完整的高性能、低成本解决方案。
这对于起点不同、背景不同的固态企业来说,无疑是抢跑量产探索、提高产业转化效率的有力保障。
聚焦干法工艺,前段关键设备密集创新
具体来看,全固态电池所面临的工艺难点,主要集中在极片与固态电解质的制备环节。相对于传统湿法路线,干法工艺因省去溶剂、制浆、烘干等环节,具备效率提高、成本降低以及环境友好的特点,同时能更好适配全固态电池对结构致密性和电导率的要求,被视为下一代主流工艺方向。
不过,干法工艺在均匀分散,高速连续制备以及膜片一致性等方面还面临诸多挑战,对设备的精度、压力和稳定性提出了较高要求。在这一背景下,设备企业正加快布局创新设备,以解决行业痛点。
以先导智能为例,该公司在干法工艺关键设备的研发上取得了一些突破:
首先在混料环节,先导干法电极高效混料机通过创新结构设计,分散最高线速度可达40M/S,配合桶壁和桶内双冷却系统,可将粉料温度控制精度±3 ℃,保障材料的高效、均匀混合与分散。
其次在成膜复合环节,基于多年设备制造经验,先导干法成膜复合一体机以≥700mm的幅宽、≥80m/min的机械速度,支持间隙双面同步复合,连续成膜;搭载高精度辊压系统将辊跳动控制在1μm以内,并实现≤±0.5℃的温控精度,提升了膜片成型的一致性与可靠性。
11月,先导智能为韩国头部电池企业客户定制的固态干法电极涂布设备实现发货,并获得客户认可。
最后,先导干法粉体综合测试仪搭载自主研发的专用测试分析软件,涵盖电阻、流动、压缩、摩擦、剪切等干法粉体数据测试功能,可满足客户在配方开发、材料测评、工艺验证及质量评价等多场景的检测需求。
基于以上关键技术、设备的创新,先导智能干法相关设备,目前可实现高均匀、超薄极片和电解质膜的制备。上述创新不仅强化了干法设备在关键环节的表现,也为全固态电池产业化提供了更加稳定可靠的工艺保障。
整线解决方案,助推固态电池规模化发展
除了关键工艺的革新与设备突破,在量产探索中同步追求良率与效率,对于还处于产业发展早期的全固态电池来说也十分重要,是加快进度与树立差异的双重需要。而在全固态电池的量产探索中,整线解决方案一体化、高集成度的优势逐渐凸显。
一方面,固态电池进入更大规格或系统级别的验证,自然对应着更高的一致性要求。提供整线解决方案,能够有效缩短实验室研发与大规模制造之间的验证周期,推动新工艺的快速迭代。
另一方面,固态电池迄今为止所呈现出来的巨大可能性与发展潜力,吸引了诸多跨界、初创与谋求转型企业的参与。在当前生态中,出于加速关键材料验证、打破信息壁垒的目的,不少材料企业有同时布局材料产能和电池小试产能的需求,需要对锂电池技术、制造理解更为深厚的合作伙伴的支持。
对于初创企业或材料企业而言,整线解决方案可降低试产门槛,优化资源配置,提升效率。
高工锂电注意到,今年来不少设备厂商推出了固态整线解决方案。而先导智能是全球唯一拥有自主知识产权的全固态电池整线解决方案的企业。
先导全固态整线解决方案覆盖全固态电极制备、全固态电解质膜制备及复合设备、裸电芯组装到致密化设备、高压化成分容等全固态电池制造关键设备,能够满足多场景的产业需求。在电芯结构缓冲件成形、无隔膜叠片、连续致密化、高压化成分容等技术方面极具优势。
由于采用干法电极等先进工艺与高度集成化设计,先导智能设备制成工序相对传统工序大幅减少,在确保产品高效、高品质产出的同时可实现人力需求降低20%、整体投入降低30%的效果,并保障多环节严格环境管控、产品安全生产。
自2020年起,先导智能已与多家行业领军企业达成设备合作,目前已成功获得来自国内外知名汽车、固态电池企业等的的全固态生产线订单。公司整线解决方案已经成功应用于全球首条固态电池量产产线,成功满足了客户各项个性化需求,客户反馈显示电池生产线在多方面表现优异,市场反响良好。
11月,先导智能与宁德时代签署为期三年的战略合作协议,双方将在固态电池、钙钛矿等领域展开深入合作,建立技术交流机制,并约定宁德时代优先采购先导的电芯核心生产设备。这一合作不仅提升了先导的行业地位,也将为固态电池等新技术的规模化发展提供更有力的支持。
随着全固态电池技术的逐步成熟,规模化生产被认为是推动其成本下降与市场普及的关键。GGII最新数据显示,固态电池出货量将在今年突破7GWh,2030年后进入快速上升期、有望奔向300GWh级别出货。对于全固态电池来说,其实现GWh出货的关键拐点已提前至2028年,将带动相关设备市场进一步打开。
在这一趋势下,设备企业的创新能力与整线服务能力将成为推动产业化的重要力量。通过深耕干法工艺、打造整线解决方案,设备企业不仅有机会在市场中占得先机,也将在全固态电池产业化进程中扮演更加重要的角色。
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