當(dāng)全球電池企業(yè)競(jìng)相攻克固態(tài)電池技術(shù)時(shí),量產(chǎn)之路始終卡在制造環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)濕法工藝面對(duì)固態(tài)電解質(zhì)時(shí)暴露出明顯短板:硫化物電解質(zhì)遇溶劑分解的毒性風(fēng)險(xiǎn)、固-固界面阻抗失控、烘干工序能耗居高不下,據(jù)測(cè)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(duì)這些行業(yè)共性難題,曼恩斯特從制造端重構(gòu)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(xiàn),不僅自研關(guān)鍵設(shè)備,還構(gòu)建起一整套以干法工藝為主的前段產(chǎn)線(xiàn)。
固態(tài)電池前段設(shè)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(zhì)薄涂三大核心自研設(shè)備,構(gòu)建起了該固態(tài)電池極片制造方案的技術(shù)護(hù)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(shè)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(jī),采用陶瓷機(jī)筒內(nèi)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(zhǎng)循環(huán)壽命。陶瓷材質(zhì)賦予設(shè)備卓越的耐磨性,使用壽命≥18,000小時(shí);同時(shí)其模塊化積木設(shè)計(jì)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(jī)
在PTFE粘結(jié)劑的19℃相變溫度窗口,設(shè)備精準(zhǔn)施加剪切力,將PTFE晶體撕裂為納米級(jí)纖維網(wǎng)絡(luò),高效實(shí)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(jié)構(gòu)有效減少軸撓度變形,中試線(xiàn)處理量達(dá)150L/h。這一技術(shù)突破不僅解決金屬污染導(dǎo)致的電池微短路風(fēng)險(xiǎn),更為后續(xù)均勻成膜奠定基礎(chǔ)。
均勻性控制是干法工藝應(yīng)用的另一難關(guān)。為了保證極片原料成膜品質(zhì),曼恩斯特引入14輥雙面同時(shí)成膜工藝,實(shí)現(xiàn)雙面同時(shí)均勻成膜。配套的鋼帶預(yù)成膜機(jī)構(gòu)采用斜模壓縮設(shè)計(jì),可以對(duì)多輥壓延設(shè)備提供持續(xù)、定量、穩(wěn)定的喂料,將顯著提高膜片的壓實(shí)密度以及膜厚、密度均一性。
實(shí)測(cè)表明,該成膜工藝將膜厚波動(dòng)壓縮至±3μm,這一精度水平遠(yuǎn)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(fù)合一體機(jī)
對(duì)于成膜壓延設(shè)備,小試線(xiàn)中試線(xiàn)可以選用單面成膜復(fù)合設(shè)備,中試線(xiàn)和量產(chǎn)線(xiàn)可以選用雙面成膜復(fù)合設(shè)備。雙面成膜復(fù)合一體機(jī)一體化設(shè)計(jì)使得復(fù)合過(guò)程更加緊湊、高效,提高了生產(chǎn)效率,精確的張力測(cè)量和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)確保了復(fù)合過(guò)程中的張力穩(wěn)定,避免了膜片變形或起皺的問(wèn)題,自動(dòng)收卷機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確地將復(fù)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(zhì)在涂布前需經(jīng)過(guò)砂磨機(jī)處理,使電解質(zhì)粉體更細(xì)膩,進(jìn)一步提升電芯的整體性能。在極片上薄涂固態(tài)電解質(zhì)層時(shí),曼恩斯特采用濕法狹縫涂布技術(shù)與砂磨機(jī)處理工藝,實(shí)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(wèn)題,確保固態(tài)電解質(zhì)層的均勻性和穩(wěn)定性。
濕法電解質(zhì)薄涂系統(tǒng)
值得一提的是,固態(tài)電池設(shè)備的集成化是曼恩斯特明確的發(fā)展方向。通過(guò)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(shè)備中,不僅可以減少物料在各工序間的流轉(zhuǎn)時(shí)間,還可以有效提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品一致性。
通過(guò)自研關(guān)鍵設(shè)備構(gòu)筑技術(shù)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(xiàn)選擇,驗(yàn)證了一條可落地、可量產(chǎn)的路徑。
未來(lái),曼恩斯特將持續(xù)深化干法工藝與設(shè)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(shù)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(jìn)程。
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