當全球電池企業(yè)競相攻克固態(tài)電池技術時,量產(chǎn)之路始終卡在制造環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)濕法工藝面對固態(tài)電解質時暴露出明顯短板:硫化物電解質遇溶劑分解的毒性風險、固-固界面阻抗失控、烘干工序能耗居高不下,據(jù)測算,僅電極涂布和干燥環(huán)節(jié)就占鋰電池生產(chǎn)總能耗的30%以上。
面對這些行業(yè)共性難題,曼恩斯特從制造端重構生產(chǎn)邏輯,將干法工藝作為核心突破口,推出固態(tài)電池極片制造解決方案:從制膜,到電極制備,再到固態(tài)電池前段產(chǎn)線,不僅自研關鍵設備,還構建起一整套以干法工藝為主的前段產(chǎn)線。
固態(tài)電池前段設備整體布局示意圖
其中,全陶瓷雙螺桿纖維化、14輥雙面壓延、濕法電解質薄涂三大核心自研設備,構建起了該固態(tài)電池極片制造方案的技術護城河,助力固態(tài)電池走向大規(guī)模量產(chǎn)。
曼恩斯特干法工藝的核心設備創(chuàng)新始于纖維化環(huán)節(jié)。曼恩斯特自研的全陶瓷干法雙螺桿纖維化機,采用陶瓷機筒內襯與螺紋元件,從根源杜絕金屬異物引入,保障電芯安全性和長循環(huán)壽命。陶瓷材質賦予設備卓越的耐磨性,使用壽命≥18,000小時;同時其模塊化積木設計便于拆卸清洗,靈活適配小試、中試到量產(chǎn)不同階段需求。
干法雙螺桿纖維化機
在PTFE粘結劑的19℃相變溫度窗口,設備精準施加剪切力,將PTFE晶體撕裂為納米級纖維網(wǎng)絡,高效實現(xiàn)原料的纖維化,形成穩(wěn)定均勻的電極骨架。雙端支撐結構有效減少軸撓度變形,中試線處理量達150L/h。這一技術突破不僅解決金屬污染導致的電池微短路風險,更為后續(xù)均勻成膜奠定基礎。
均勻性控制是干法工藝應用的另一難關。為了保證極片原料成膜品質,曼恩斯特引入14輥雙面同時成膜工藝,實現(xiàn)雙面同時均勻成膜。配套的鋼帶預成膜機構采用斜模壓縮設計,可以對多輥壓延設備提供持續(xù)、定量、穩(wěn)定的喂料,將顯著提高膜片的壓實密度以及膜厚、密度均一性。
實測表明,該成膜工藝將膜厚波動壓縮至±3μm,這一精度水平遠超傳統(tǒng)單面成膜工藝,為高一致性極片量產(chǎn)提供可能。
14輥壓膜復合一體機
對于成膜壓延設備,小試線中試線可以選用單面成膜復合設備,中試線和量產(chǎn)線可以選用雙面成膜復合設備。雙面成膜復合一體機一體化設計使得復合過程更加緊湊、高效,提高了生產(chǎn)效率,精確的張力測量和調節(jié)機構確保了復合過程中的張力穩(wěn)定,避免了膜片變形或起皺的問題,自動收卷機構能夠準確地將復合好的膜片卷成合適大小的極片膜卷,降低了操作難度和人工誤差。
固態(tài)電解質在涂布前需經(jīng)過砂磨機處理,使電解質粉體更細膩,進一步提升電芯的整體性能。在極片上薄涂固態(tài)電解質層時,曼恩斯特采用濕法狹縫涂布技術與砂磨機處理工藝,實現(xiàn)非接觸式薄層涂布,并采用“正面涂覆→烘烤→反面涂覆→烘烤”的雙面涂布工藝,有效避免界面混溶問題,確保固態(tài)電解質層的均勻性和穩(wěn)定性。
濕法電解質薄涂系統(tǒng)
值得一提的是,固態(tài)電池設備的集成化是曼恩斯特明確的發(fā)展方向。通過將加料、混料、纖維化、制膜、輥壓、分切和收卷等環(huán)節(jié)整合在一組設備中,不僅可以減少物料在各工序間的流轉時間,還可以有效提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品一致性。
通過自研關鍵設備構筑技術閉環(huán),曼恩斯特為行業(yè)提供了以干法工藝為主的前段產(chǎn)線選擇,驗證了一條可落地、可量產(chǎn)的路徑。
未來,曼恩斯特將持續(xù)深化干法工藝與設備集成的協(xié)同創(chuàng)新,突破固態(tài)電池制造的成本與技術瓶頸,攜手產(chǎn)業(yè)鏈伙伴邁入更安全、更高性能的固態(tài)電池量產(chǎn)進程。