全固态电池“最后一公里”，环境控制难题何解？

“全固态电池量产不能再犯液态电池的老毛病，必须从源头开始考虑节能降耗和硫化氢气体处理问题。”

固态电池被视为下一代动力电池的关键突破，但其产业化进程卡在“最后一公里”。

尤其是硫化物全固态电池，全球头部电池企业已实现Ah级生产，正跑步进入中试以放大规模，却因生产环境要求苛刻和安全隐患突出，量产之路步履维艰。

硫化物固态电池制备过程中，关键材料硫化锂易吸湿，与空气接触，不仅性能下降，还会释放剧毒硫化氢气体，对生产安全形成直接威胁。传统实验室通过惰性气体隔绝空气的方法虽可应对小规模实验，但在工业化量产中显然不可行。

与此同时，高标准的湿度控制和环境治理也带来巨大的能耗压力。动力电池产线的除湿系统及冷热源消耗，占工厂总能耗甚至接近40%，运行成本高昂。如何在确保安全与品质的前提下，降低能耗、实现经济化量产，一直是全固态电池产业必须破解的“双重难题”。

近日，一家中国环境控制解决方案提供商提出了系统化解决方案，正试图打破硫化物固态电池量产的“最后一公里”瓶颈——从高效除湿到硫化氢气体处理，再到节能降本的整体体系，为固态电池工业化落地提供了可行路径。

环境控制：硫化物全固态电池量产瓶颈

硫化物固态电池对生产环境的湿度要求极高，且所需气量巨大。湿度控制不佳会导致电池次品率上升、一致性差等问题。

其中关键材料硫化锂面临的产业化问题极具代表性。

高纯度的硫化锂是高性能硫化物固态电解质的基础。但硫化锂吸湿性强，水分残留会引发水解反应，导致材料纯度劣化。在储存和制备过程中，水分可能生成氢氧化锂等杂质。而硫化物固态电解质的高离子电导率高度依赖精确的化学计量比，影响电解质的化学计量比和物相结构，进而降低离子电导率。

也有硫化锂企业反馈，目前固态电解质环节对硫化锂就有水分含量小于100mg/kg的要求。

更关键的是，硫化物与空气中的水发生反应，会产生硫化氢气体，不仅影响电池性能，更直接危害作业人员健康。

在实验室和小试阶段，业界通常采用通入氮气等惰性气体隔绝空气的方法解决此问题。然而到了大规模量产阶段，这种方法完全不现实。

“空间中不可能采用大规模某种气体。”普沃思总经理贾新用了一个形象的比喻，“就好比当年大禹治水，采用堵的办法是不恰当的，必须采用疏通的办法。”

普沃思的解决方案是，在回风系统中将硫化物气体吸走，与需要除湿干燥的气流形成一股气流，先处理硫化物气体再进行低露点除湿。

“我们做了大量的实验进行模拟和仿真，结果非常好。”贾新表示，这种方法能同时解决硫化物和电池行业的低露点环境处理问题，为固态电池大规模量产提供了可能性和可操作性。

普沃思的前瞻性布局源自多年前海外用户的需求。早在多年前，公司就开始预研，进行材料研究和应用基础研究，提前几年解决固态电池可能遇到的问题。

通过从硫化氢气体含量1PPM到50PPM的边界含量界定和工程化应用实验，普沃思确定了未来量产固态电池的生产规模要求。

实验数据显示，其解决方案可使环境链出口的硫化氢浓度降至0-0.2PPM，对电池生产和人员安全形成保障。

目前，普沃思已与国外电池巨头合作，在全固态产线上实现应用，效果显著。国内外市场对固态电池环境控制的需求存在明显差异。

环境控制设备的能耗问题在电池产线中占比惊人。贾新透露，在液态锂电池时代，除湿系统及为其提供冷热源的系统能耗，占电池工厂总能耗的40%甚至更高。

2019年，普沃思提出“中温再生”概念，预判未来电池工厂的除湿系统必将采用中温再生和低品位能源相匹配的技术路线。

然而，当时头部电池企业正处于疯狂扩张期，并未顾及能耗对未来运营的影响。从2023年开始，头部企业开始意识到能耗问题，但旧设备改造已经面临巨大难题。

针对此问题，普沃思与清华大学共同研发了第五代除湿系统——多级中温再生除湿系统。该系统空间更小，能耗更低，可不采用电和蒸汽这种高品位能源，而是用热水系统冷热水系统来实现节能目标。

贾新用直观的数据展示了能耗的降本空间有多大。他指出，传统高温再生系统的加热费用约为100多万元，而中温结合冷水一体机的成本仅需30-40万元，节能率达到65%左右，且空气状态保持不变（露点温度在-60℃至-70℃，甚至固态电池所需的-80℃）。

除了能耗问题，工程安装也是行业痛点。

传统除湿设备采用分段式运输现场，在车间内进行人工拼装调试，周期长且易出现问题。

普沃思第五代中温多级除湿系统采用一体化设计，设备只有6-7米长，可整体运输到工厂，搬运到车间后进行简单安装，通电接水即可调试，大大缩短了安装时间和降低了调试难度。

另外，动力电池和储能电池对环境控制的要求存在差异。

动力电池要求露点温度更低（-60℃至-80℃），而储能电池要求相对较高（-30℃至-40℃）。

在运营成本方面，一台除湿系统的初投资约为50-100万元（3万风量左右），而传统高品位热源的运行成本（电力蒸汽）高达100多万元，甚至高于设备本身的投资额。

采用第五代产品后，运行成本仅需30-40万元，降低了60%多，且这些能耗节省是持续累积的。如果设备寿命为十年，高能耗设备会持续推高运营成本。

普沃思与清华大学的合作不仅限于除湿系统本身，还延伸到能源领域。

公司正在与磁悬浮压缩机制造商共同研发磁悬浮冷水机组，因为磁悬浮压缩系统在制冷和制热方面都能实现较高的能效比，这将是未来锂电池行业冷源和热源的必然选择。

此外，普沃思还参与了与清华大学和中建三局合作的国家“十四五”研发计划，针对电池行业应用的蓄冷和高温冷热水一体化使用进行研究，为电池行业除湿系统提供品位更低、能耗更低的能源。

普沃思从事电池行业环境控制已积累了一百多项发明和实用型专利，包括全球发明专利。

贾新指出，全固态电池量产不能再犯液态电池的老毛病，必须从源头开始考虑节能降耗和硫化氢气体处理问题。

他还强调，中国企业需要更加尊重科学技术和知识产权：“中国的先进企业迟早要出海，尊重知识产权，我们才能能获得全球的尊重。”

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