普沃思： 全固態(tài)電池量產(chǎn)迎關(guān)鍵進展，硫化氫處理工藝取得新突破

　　當前，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化路徑已基本明確，多家企業(yè)計劃于2027年實現(xiàn)小批量裝車，標志著該技術(shù)將正式邁向規(guī)模化應用。

　　業(yè)內(nèi)人士分析認為，2025–2026年是中試生產(chǎn)線設備需求進入快速增長期，是工藝驗證、設備調(diào)試與工程定型的關(guān)鍵階段;2027–2030年GWh級固態(tài)電池產(chǎn)能建設將逐步啟動，推動行業(yè)進入規(guī)模化生產(chǎn)新周期。

　　從技術(shù)路線來看，硫化物路線被公認為固態(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1300多項。在國內(nèi)，寧德時代、比亞迪、一汽等都在集中攻克硫化物技術(shù)卡點。

　　全固態(tài)電池對生產(chǎn)環(huán)境要求極高，如硫化物路線對濕度、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散，濃度大約1-5ppm(硫化氫濃度數(shù)據(jù)來源于現(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(實驗室或小型中試線)普遍采用惰性氣體保護系統(tǒng)，并搭配超低露點與超高密封性的閥門、管道和密封件。其核心機理是從“抑制產(chǎn)生”入手。該方法在實驗、手套箱及小試階段尚可適用，運行成本與初投資也可接受。然而，規(guī)模化生產(chǎn)代價太大，很難大規(guī)模推廣應用，難以滿足全固態(tài)電池規(guī)模化產(chǎn)業(yè)驗證。

03

新思路：過程凈化

　　在H？S氣體產(chǎn)生后，通過過程凈化，解決H？S問題。

　　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。

　　①先經(jīng)除塵設備處理，再采用活性炭與金屬氧化物吸附H？S。

　　②針對中試生產(chǎn)線 H？S 濃度 10ppm 以上、經(jīng)除塵設備預處理后的場景，轉(zhuǎn)輪吸附法可實現(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，會被除濕系統(tǒng)的負壓回風帶入除濕機內(nèi)部。該除濕機裝有活性炭過濾器/除硫轉(zhuǎn)輪，可先吸附硫化氫，再進行除濕。

　　①除濕系統(tǒng)中加入活性炭過濾

　　活性炭吸附優(yōu)勢：

　　· 設備簡單

　　· 無需再生能源

　　· 適用于處理低濃度的場合

　　活性炭吸附劣勢：

　　· 初投資比較大

　　· 需要定期更換，大約1-3月更換一次，維護成本高

　　· 對于稍高濃度的場景需要的用量比較大，對于緊湊空間不友好

　　· 產(chǎn)生危險固廢

　　· 適用風速較低一般需要低于0.5m/s

　　· 需要停機更換

　　a.風速2m/s，停留時間5秒，那么活性炭過濾段長度需要10m。

　　b.風速0.5m/s，停留時間5秒，那么活性炭過濾段長度需要2.5m.，但是橫截面積會比除濕機大很多。

　　②除濕系統(tǒng)中加入除硫化氫轉(zhuǎn)輪

　　a.單轉(zhuǎn)輪

　　露點系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護簡單，體積小，成本低，合于空間小的場所。實現(xiàn)低露點、超低露點的環(huán)境日韓企業(yè)應用居多。

　　b.雙轉(zhuǎn)輪

　　適合于大風量并且相對節(jié)能的固態(tài)電池工廠，再生溫度比單轉(zhuǎn)輪低，120-140℃，再生風量小，為處理風量1/10，運行能耗比單轉(zhuǎn)輪低。但是除濕機體積比單轉(zhuǎn)輪除濕機要大，應用范圍相對固定化。

　　c.多級轉(zhuǎn)輪

　　適合于大風量并且超級節(jié)能的固態(tài)電池工廠，采用多級除濕轉(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)車間完全無法達到硫化物路線嚴苛環(huán)境的生產(chǎn)標準。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問題，除塵設備后端需增加除硫功能，除濕設備的前端或中段也需增加除硫功能。”業(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減輕，“這是在整體設計中必須關(guān)注的重點。”

　　在固態(tài)電池規(guī)模化產(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)無需像活性炭那樣定期停機更換過濾器，也不產(chǎn)生危廢。

　　露點平衡：露點越低，產(chǎn)生H？S越少，對應的風量大，能耗高。將產(chǎn)生的H？S能夠處理時，不需要那么低的露點，風量可以減小，能耗可以降低，露點處理與H？S處理存在平衡關(guān)系。

05

技術(shù)挑戰(zhàn)：活性炭吸附在風速匹配中的局限

　　改性后的活性炭吸附H？S時需要一定時間，風速不宜過快。然而除濕機內(nèi)部風速通常在2–4m/s，這對活性炭吸附H？S極為不利。風速過高會嚴重影響吸附效果。

　　解決方案是大幅增加活性炭厚度，但這會導致除濕機長度增加，系統(tǒng)變得復雜、尺寸過長。這一問題在規(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，活性炭同樣面臨風速限制，一般需在0.5m/s以內(nèi)。由于除塵除硫風量不大，活性炭可通過加高方式應用。業(yè)界也有采用金屬氧化物輔助活性炭，以解決風速過高導致的吸附量不足和精度下降問題，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)模化生產(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、除濕除硫都會以以上三種進行匹配應用。

　　經(jīng)濟性對比分析

(以上評估還需實驗及工程化應用得出準確數(shù)據(jù)，僅為趨勢評估)

(注：文中提到的方案和文字版權(quán)歸普沃思所有，方案已申請專利)