關于儒佳固態電解質濕法研磨量產系統建設的問題,在之前電池展會各大企業展示自己的“硬實力”,那么作為濕法研磨分散設備制造企業,在電池材料工藝制作生產中也充當著一名重要角色。儒佳領導也對此問題給大家解答比較關注的幾個觀點,也是對未來固態電池布局的規劃建設做出一定的可行方案。
Q:如何看待固態電池產業前景?
A:國家戰略推動力很大,人才、資金集中于此,硫化物固態電池要在2027年裝車,時間緊迫,參與者們都在追趕進度。這次CIBF展館隨處可見相關概念就是具象體現——量變產生質變,哪怕大多數項目的落地困難重重,但我認為**終平衡性能、成本的材料路線和量產工藝確立已經來到突破節點。而且,近年來儒佳科技已經幫助一些固態電池項目走出實驗室階段,國內固態電池產業化推進速度這么快,我們裝備企業在幕后做了很多貢獻。
Q:參展的各種原理、技術路線的分散研磨設備令人眼花繚亂,材料企業該如何進行裝備選擇?
A:電池材料種類繁多,不同材料依據具體的工藝路線選擇適合的分散研磨設備,例如,三元正極材料以干法路線為主;磷酸鐵鋰是濕法研磨的重要應用市場,燒結后解聚以氣流粉碎為主;國內動力電池市場磷酸鐵鋰、三元正極和石墨負極依然占據主要市場份額;硅碳負極材料已基本從物理研磨轉向CVD(氣相沉積),在穩定性和成本控制方面還有漫長的道路要走;導電漿料中碳管和石墨烯分散依然依賴濕法研磨設備;固態電解質發展較快,產業難度非常大,還未形成成熟工藝路徑,不同的材料和工藝路線還在激烈競爭,各種裝備都有交叉。
Q:您認為砂磨機在固態電解質量產中會扮演什么角色?
A:無論是氧化物電解質,還是硫化物電解質,目前的主流工藝路線都是濕法研磨,砂磨機可以實現固態電解質材料粒徑均勻細化、形貌控制、混合均勻,從而實現:
1、提升電芯能量密度與倍率性能,降低電解質層內阻,提升體積能量密度;
2、提升電芯一致性與循環壽命,提升材料批次一致性,保障電芯良率與性能均一性減少界面副反應,延長循環壽命。
Q:如何評價固態電解質材料的不同路線?
A:目前比較主流的是氧化物、硫化物——氧化物的優點是電化學穩定性和熱穩定性好,工藝成本低,但晶界阻抗大,界面接觸差,現在有半固態(保留少量電解液浸潤界面)的量產方案;硫化物比較大優勢是離子電導率高,寬電化學窗口,良好的界面接觸性。缺點是對氧氣和水分極度敏感,工藝過程要完全隔水隔氧,電化學穩定性差,鋰枝晶問題未完全解決,材料和工藝成本較高;其他還有鹵化物和聚合物等,也都存在短板需要突破,但無論哪種路線,我們判斷很快將有望形成1-2條能夠平衡成本與性能的主導路線,并憑借我國的產業優勢實現大規模商業化。
Q:儒佳機電為固態電解質量產做了哪些準備?
儒佳機電本次CIBF重點展示了硫化物固態電解質前驅體制備產線、硫化物電解質材料從試驗室產線、小試線和百噸產線,同時展出了針對固態電池漿料的勻漿技術和碳納米管漿料勻漿產線。
A:我們基于“D+M+C”理念上推出固態電解質的研磨、勻漿產線,以精密研磨的粉體解決方案,實現了從電解質粉體到固態電池的性能增益。
當研磨得到的硫化物粉體達到亞微米級且粒度分布極窄時,可將其制備成高固含、流動性好的漿料,使得硫化物電解質能夠采用成熟的涂布工藝進行生產。
儒佳“D+M+C”是儒佳機電的核心技術理念,D=Dispersion;M=Milling;C=composition.以此為依據為客戶提供定制化濕法分散研磨解決方案。
①精密研磨可獲得粒度更小、分布更窄的硫化物粉體。這使壓片/涂布后形成的電解質層孔隙率更低、結構更致密,顆粒間的離子接觸點**增加。電解質層的體離子電導率和界面離子電導率***提升,直接降低電芯內阻。這意味著在相同厚度下,電解質層的離子傳輸更快,或在相同性能要求下,可減薄電解質層厚度,從而為活性材料留出更多空間,直接提升電芯的體積能量密度。
②優化系統,確保了每一批次粉體的粒度分布、比表面積、結晶度等關鍵參數的高度一致。從根本上解決了因前驅體材料性能波動導致的電芯性能差異。這使得同一批次甚至不同批次的電芯,在開路電壓、內阻、初始容量和循環衰減曲線上表現更一致,極大提升電池包(Pack)的匹配性與整體可靠性,降低篩選成本,提高良率。精密研磨可減少粗大、尖銳的顆粒,形成表面狀態更均一的粉體。這有助于在壓制或燒結后,與電極材料形成接觸更緊密、應力更小的穩定界面。更穩定的固-固界面減少了循環過程中鋰枝晶生長、界面分解和接觸失效的風險。
③改善工藝窗口,助力規模化制造粒度小、混合均勻的前驅體粉體具有更高的表面能和反應活性,且成分分布極其均勻。在后續的燒結或熱壓工序中,可在更低的溫度、更短的時間和更低的壓力下,致密化形成高性能的電解質片或復合電極。
當下很多設備企業都意識到從賣設備升級到賣解決方案的重要性,而儒佳機電針對固態電解質定制的研磨線、勻漿產線和全段試驗產線,構建了一個從源頭原料處理到終端漿料制備,再到全過程質量可控與工藝保障的完整體系,從而為加速固態電池從實驗室走向市場做出貢獻。
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