新能源汽車市場固態(tài)電池的商業(yè)化正從“遙不可及”步入“觸手可及”的階段,全球頭部電池廠商紛紛亮出技術(shù)路線圖,公布了雄心勃勃的量產(chǎn)規(guī)劃。在固態(tài)電池量產(chǎn)過程中,一項(xiàng)此前略顯低調(diào)的技術(shù)——超聲波技術(shù)——脫穎而出,可以攻克一系列制造難題,有望成為開啟固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)代的一把關(guān)鍵鑰匙。
在固態(tài)電池的生產(chǎn)線上,超聲波技術(shù)不再是一個(gè)小眾角色,而是滲透到了多個(gè)關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié),從材料制備到質(zhì)量檢測,扮演著不可或缺的重要角色。超聲技術(shù)憑借其無熱損傷、高精度、強(qiáng)兼容性等優(yōu)勢,已成為固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵支撐技術(shù)。
具體而言,超聲波技術(shù)在固態(tài)電池制造過程中,目前有以下應(yīng)用:其一,極耳焊接方面,超聲波焊接通過高頻振動(dòng)使金屬原子在兩種材料界面間擴(kuò)散,進(jìn)而形成焊接接頭,避免傳統(tǒng)焊接方式產(chǎn)生的高溫熔化及飛濺問題,能有效提升電池的安全性和一致性。超聲波焊接技術(shù)以其低溫優(yōu)勢完美避開了熱敏感固態(tài)電解質(zhì)的制造禁區(qū),提供了唯一可行的規(guī)模化解決方案,不僅在制造過程中更安全(無高溫),其產(chǎn)出的電池因界面接觸更好,內(nèi)阻更低、發(fā)熱更小,從根本上提升了安全性。目前超聲波焊接已經(jīng)成為固態(tài)電池極耳連接的主流方案。
電池檢測領(lǐng)域,超聲波檢測和X-Ray檢測原理存在顯著差異。對于內(nèi)部的平面型缺陷或界面缺陷,如裂紋、未熔合、界面分層等情況,超聲波的反射特性優(yōu)勢明顯,超聲波在界面會(huì)大量反射,產(chǎn)生極其強(qiáng)烈的回波信號(hào),極易識(shí)別;而兩層一樣的材料,界面存在分層或貼合不良,其總厚度和平均密度幾乎沒有變化,X-Ray則很難分辨。
在固態(tài)電池的疊片形態(tài)下,其核心結(jié)構(gòu)是由多層材料壓合而成,主要包括正極層、固態(tài)電解質(zhì)層和負(fù)極層,這些層與層之間的接觸界面是決定電池性能和安全性的關(guān)鍵??赡艿慕缑鎲栴}包括界面接觸不良、裂紋和鋰枝晶生長等,這些界面問題為超聲波檢測技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),其原理上的優(yōu)勢正好針對這些問題提供了良好的解決方案。超聲波檢測技術(shù)可精準(zhǔn)、無損傷地探測出固態(tài)電芯內(nèi)部界面是否存在分層或界面接觸不良等缺陷,實(shí)現(xiàn)100%在線全檢,確保每一個(gè)出廠電芯的高度一致性,這是保障電池組可靠性的生命線。
在材料制備方面,超聲波爆破分散機(jī)可將固態(tài)電解質(zhì)粉體如硫化物、氧化物分散至納米級(jí),顯著提升材料均勻性,降低界面阻抗,解決固態(tài)電池量產(chǎn)中的關(guān)鍵瓶頸。
由此,固態(tài)電池的量產(chǎn)過程中,超聲波技術(shù)不再是固態(tài)電池制造中的一種“可選”設(shè)備,而是針對其固-固界面這一根本性挑戰(zhàn)的唯一性、最優(yōu)解,它從一種輔助工藝躍升為不可或缺的核心制造工藝。
隨著固態(tài)電池2026—2027年量產(chǎn)節(jié)點(diǎn)臨近,超聲設(shè)備市場將迎來爆發(fā)式增長。在極耳焊接環(huán)節(jié),相較傳統(tǒng)動(dòng)力鋰電池,固態(tài)電池電芯因?yàn)閱误w電芯容量低,產(chǎn)線需要更多數(shù)量的超聲波焊接設(shè)備,預(yù)計(jì)每GWh對其需求量是傳統(tǒng)動(dòng)力鋰電池的5-10倍;在電池檢測環(huán)節(jié),因固態(tài)電池對一致性要求極高,界面缺陷需要100%在線全檢,對高精度超聲波無損掃描檢測設(shè)備的需求將大幅提升,因掃描檢測的速度較慢,且單價(jià)較高,其設(shè)備價(jià)值量將明顯大于極耳焊接工序。
疊加超聲波分散等應(yīng)用的需求,保守估算,相較傳統(tǒng)動(dòng)力鋰電池產(chǎn)線,固態(tài)電池每GWh產(chǎn)能對超聲波各類設(shè)備的需求或?qū)⒂瓉?0倍增長。
超聲波設(shè)備是固態(tài)電池量產(chǎn)中價(jià)值量增幅最大的環(huán)節(jié)之一,其巨大的市場空間并非來自設(shè)備漲價(jià),而是來自應(yīng)用場景的爆發(fā)式增加和全新工序的創(chuàng)造。對于相關(guān)設(shè)備企業(yè)而言,這無疑是一個(gè)未來具備巨大成長潛力的黃金賽道。以驕成超聲為代表的領(lǐng)軍企業(yè),憑借其深厚的技術(shù)積淀和持續(xù)的創(chuàng)新突破,與頭部電池廠商建立了深度協(xié)同的合作關(guān)系,正在快速切入固態(tài)電池核心制造環(huán)節(jié),持續(xù)推動(dòng)固態(tài)電池量產(chǎn)進(jìn)程的提速與產(chǎn)業(yè)化落地。
(CIS)