當(dāng)前，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化路徑已基本明確，多家企業(yè)計(jì)劃于2027年實(shí)現(xiàn)小批量裝車，標(biāo)志著該技術(shù)將正式邁向規(guī)?；瘧?yīng)用。

　　業(yè)內(nèi)人士分析認(rèn)為，2025–2026年是中試生產(chǎn)線設(shè)備需求進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，是工藝驗(yàn)證、設(shè)備調(diào)試與工程定型的關(guān)鍵階段;2027–2030年GWh級(jí)固態(tài)電池產(chǎn)能建設(shè)將逐步啟動(dòng)，推動(dòng)行業(yè)進(jìn)入規(guī)模化生產(chǎn)新周期。

　　從技術(shù)路線來(lái)看，硫化物路線被公認(rèn)為固態(tài)電池性能潛力最大的技術(shù)方向，豐田一直深耕于此，積累專利超過(guò)1300多項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)，寧德時(shí)代、比亞迪、一汽等都在集中攻克硫化物技術(shù)卡點(diǎn)。

　　全固態(tài)電池對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求極高，如硫化物路線對(duì)濕度、氧氣極度敏感，遇濕即釋放毒氣——硫化氫(H？S)，且易爆炸。這對(duì)生產(chǎn)線環(huán)境提出極高要求，且如何安全、環(huán)保、高效處理硫化氫氣體已成為全行業(yè)挑戰(zhàn)。

01

硫化氫高低濃度

　　目前，全固態(tài)硫化物體系電池生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的硫化氫(H？S)氣體主要分類兩大類：高濃度硫化氫和低濃度硫化氫。其中，高濃度硫化氫源于眾多工藝單元，濃度偏高，大約在10ppm左右，甚至更高;低濃度硫化氫源于空間擴(kuò)散，濃度大約1-5ppm(硫化氫濃度數(shù)據(jù)來(lái)源于現(xiàn)有工藝反饋，數(shù)據(jù)需要生產(chǎn)工藝優(yōu)化后同步更新)。

02

傳統(tǒng)方案:從源頭抑制

　　目前業(yè)界(實(shí)驗(yàn)室或小型中試線)普遍采用惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)，并搭配超低露點(diǎn)與超高密封性的閥門(mén)、管道和密封件。其核心機(jī)理是從“抑制產(chǎn)生”入手。該方法在實(shí)驗(yàn)、手套箱及小試階段尚可適用，運(yùn)行成本與初投資也可接受。然而，規(guī)?；a(chǎn)代價(jià)太大，很難大規(guī)模推廣應(yīng)用，難以滿足全固態(tài)電池規(guī)?；a(chǎn)業(yè)驗(yàn)證。

03

新思路：過(guò)程凈化

　　在H？S氣體產(chǎn)生后，通過(guò)過(guò)程凈化，解決H？S問(wèn)題。

　　1、與除塵系統(tǒng)配合凈化

　　中試生產(chǎn)線在H？S濃度較高、且產(chǎn)生粉塵的區(qū)域，此處H？S濃度通常在10ppm以上。

　?、傧冉?jīng)除塵設(shè)備處理，再采用活性炭與金屬氧化物吸附H？S。

　?、卺槍?duì)中試生產(chǎn)線 H？S 濃度 10ppm 以上、經(jīng)除塵設(shè)備預(yù)處理后的場(chǎng)景，轉(zhuǎn)輪吸附法可實(shí)現(xiàn)硫化物的深度凈化，最終出口 H？S 濃度能降至接近 0 的水平。

　　2、與除濕系統(tǒng)配合凈化

　　生產(chǎn)車間中濃度較低的H？S氣體，會(huì)被除濕系統(tǒng)的負(fù)壓回風(fēng)帶入除濕機(jī)內(nèi)部。該除濕機(jī)裝有活性炭過(guò)濾器/除硫轉(zhuǎn)輪，可先吸附硫化氫，再進(jìn)行除濕。

　?、俪凉裣到y(tǒng)中加入活性炭過(guò)濾

　　活性炭吸附優(yōu)勢(shì)：

　　· 設(shè)備簡(jiǎn)單

　　· 無(wú)需再生能源

　　· 適用于處理低濃度的場(chǎng)合

　　活性炭吸附劣勢(shì)：

　　· 初投資比較大

　　· 需要定期更換，大約1-3月更換一次，維護(hù)成本高

　　· 對(duì)于稍高濃度的場(chǎng)景需要的用量比較大，對(duì)于緊湊空間不友好

　　· 產(chǎn)生危險(xiǎn)固廢

　　· 適用風(fēng)速較低一般需要低于0.5m/s

　　· 需要停機(jī)更換

　　a.風(fēng)速2m/s，停留時(shí)間5秒，那么活性炭過(guò)濾段長(zhǎng)度需要10m。

　　b.風(fēng)速0.5m/s，停留時(shí)間5秒，那么活性炭過(guò)濾段長(zhǎng)度需要2.5m.，但是橫截面積會(huì)比除濕機(jī)大很多。

　　②除濕系統(tǒng)中加入除硫化氫轉(zhuǎn)輪

　　a.單轉(zhuǎn)輪

　　露點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，體積小，成本低，合于空間小的場(chǎng)所。實(shí)現(xiàn)低露點(diǎn)、超低露點(diǎn)的環(huán)境日韓企業(yè)應(yīng)用居多。

　　b.雙轉(zhuǎn)輪

　　適合于大風(fēng)量并且相對(duì)節(jié)能的固態(tài)電池工廠，再生溫度比單轉(zhuǎn)輪低，120-140℃，再生風(fēng)量小，為處理風(fēng)量1/10，運(yùn)行能耗比單轉(zhuǎn)輪低。但是除濕機(jī)體積比單轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)要大，應(yīng)用范圍相對(duì)固定化。

　　c.多級(jí)轉(zhuǎn)輪

　　適合于大風(fēng)量并且超級(jí)節(jié)能的固態(tài)電池工廠，采用多級(jí)除濕轉(zhuǎn)輪的方案，再生溫度低，70-90℃，適配低品位熱源，為超級(jí)節(jié)能系統(tǒng)。

04

工藝整合：除塵、除濕與除硫的系統(tǒng)耦合

　　可以看到，液態(tài)電池的生產(chǎn)車間完全無(wú)法達(dá)到硫化物路線嚴(yán)苛環(huán)境的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。在液態(tài)電池生產(chǎn)中，除塵與除濕原本關(guān)聯(lián)不大。然而，在全固態(tài)電池，尤其是硫化物固態(tài)電池路線中，除塵與除濕因H？S緊密關(guān)聯(lián)。“如今因H？S問(wèn)題，除塵設(shè)備后端需增加除硫功能，除濕設(shè)備的前端或中段也需增加除硫功能?！睒I(yè)內(nèi)人士桌子出，若除塵后端除硫效果較好，除濕除硫的壓力便會(huì)減輕，“這是在整體設(shè)計(jì)中必須關(guān)注的重點(diǎn)?！?/p>

　　在固態(tài)電池規(guī)?；a(chǎn)線中，除常規(guī)活性炭外，普沃思自主研發(fā)的H？S吸附轉(zhuǎn)輪吸引了多家電池企業(yè)固態(tài)電池中試線的關(guān)注。該技術(shù)無(wú)需像活性炭那樣定期停機(jī)更換過(guò)濾器，也不產(chǎn)生危廢。

　　露點(diǎn)平衡：露點(diǎn)越低，產(chǎn)生H？S越少，對(duì)應(yīng)的風(fēng)量大，能耗高。將產(chǎn)生的H？S能夠處理時(shí)，不需要那么低的露點(diǎn)，風(fēng)量可以減小，能耗可以降低，露點(diǎn)處理與H？S處理存在平衡關(guān)系。

05

技術(shù)挑戰(zhàn)：活性炭吸附在風(fēng)速匹配中的局限

　　改性后的活性炭吸附H？S時(shí)需要一定時(shí)間，風(fēng)速不宜過(guò)快。然而除濕機(jī)內(nèi)部風(fēng)速通常在2–4m/s，這對(duì)活性炭吸附H？S極為不利。風(fēng)速過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響吸附效果。

　　解決方案是大幅增加活性炭厚度，但這會(huì)導(dǎo)致除濕機(jī)長(zhǎng)度增加，系統(tǒng)變得復(fù)雜、尺寸過(guò)長(zhǎng)。這一問(wèn)題在規(guī)模化生產(chǎn)中尤為突出，小試或中試階段則不明顯。

　　在固態(tài)電池除塵除硫中，活性炭同樣面臨風(fēng)速限制，一般需在0.5m/s以內(nèi)。由于除塵除硫風(fēng)量不大，活性炭可通過(guò)加高方式應(yīng)用。業(yè)界也有采用金屬氧化物輔助活性炭，以解決風(fēng)速過(guò)高導(dǎo)致的吸附量不足和精度下降問(wèn)題，但仍需定期更換活性炭與金屬氧化物。

　　主流除硫技術(shù)路線

　　在規(guī)?；a(chǎn)中，除塵與除濕系統(tǒng)的除硫方案主要以下三種：

　　1：活性炭+金屬氧化物

　　2：活性炭+H？S吸附轉(zhuǎn)輪

　　3：H？S吸附轉(zhuǎn)輪

　　除塵除硫、除濕除硫都會(huì)以以上三種進(jìn)行匹配應(yīng)用。

　　經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

(以上評(píng)估還需實(shí)驗(yàn)及工程化應(yīng)用得出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，僅為趨勢(shì)評(píng)估)

(注：文中提到的方案和文字版權(quán)歸普沃思所有，方案已申請(qǐng)專利)