Pin thể rắn sắp bùng nổ: Vì sao các hãng thiết bị lithium đang ráo riết chạy đua?

[Trúc Hà Nhân]

Thị trường công nghiệp pin rắn hiện đang trải qua những bước chuyển mình mạnh mẽ với sự dẫn dắt từ công nghệ và thiết bị. Hiện tại, chuỗi cung ứng pin rắn đang trong giai đoạn quan trọng, bước vào giai đoạn thử nghiệm và các nhà sản xuất thiết bị vẫn tiếp tục cung cấp các máy móc cần thiết. Với việc sản xuất pin rắn được mở rộng quy mô lớn, thiết bị cho pin rắn sẽ là những phần đầu tiên hưởng lợi từ quá trình công nghiệp hóa này.

Quá trình sản xuất pin rắn được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn đầu (chế tạo vật liệu), giai đoạn giữa (hình thành điện cực) và giai đoạn cuối (kích hoạt hiệu suất). Các thiết bị cốt lõi trong quá trình này bao gồm máy phủ, máy trộn mạnh, thiết bị tạo sợi, thiết bị nén tĩnh và thiết bị phân loại hiệu suất. So với pin lithium lỏng truyền thống, thiết bị cho pin rắn có những thay đổi tập trung chủ yếu ở giai đoạn đầu và giữa. Pin rắn bán phần có thể tương thích với quy trình sản xuất pin lithium lỏng truyền thống, chỉ cần thêm một bước phủ điện phân rắn.

Quy trình sản xuất pin thể rắn​

Công đoạn chính	Tiểu quy trình	Thiết bị/Hoạt động chính	Ghi chú
Chế tạo điện cực	Quy trình khô	Trộn khô, cán khô, ép cán khô	Dùng thiết bị ép cán khô chuyên dụng; cần kiểm soát chặt nhiệt độ, độ ẩm
	Quy trình ướt	Trộn bùn, phủ bùn, sấy, cán ép	Giống quy trình điện cực truyền thống, nhưng cần tăng độ chính xác
Chế tạo điện giải rắn	Quy trình khô	Trộn khô, nghiền mịn, ép cán	Đảm bảo phân bố hạt đồng đều
	Quy trình ướt	Phủ bùn điện giải, sấy, cán	Yêu cầu mới về thiết bị phủ bùn và cán
Tổ hợp điện cực + điện giải	Ghép từng lớp	Ghép lớp điện cực và điện giải, cán nóng, ép cán nóng	Dùng thiết bị ép cán nóng chuyên dụng
	Ghép nhiều lớp	Ép nhiều lớp liên tục	Tăng năng suất, cần cải tiến thiết bị
Gia công cell pin	Cắt – chia – xếp lớp	Cắt, xếp lớp, ép, hàn, dán cực	Không dùng màng ngăn, yêu cầu cao về độ chính xác
	Ghép vỏ và kích hoạt	Ép vỏ, bơm chất điện phân (nếu có), kích hoạt	Dùng thiết bị chuyên dụng chống rò rỉ
Thành phẩm	Kiểm tra, đóng gói	Kiểm tra, đo dung lượng, đóng gói	Yêu cầu mới với thiết bị kiểm tra

Đối với pin lithium rắn hoàn toàn, các thay đổi trong thiết bị sản xuất là rõ rệt hơn, đặc biệt ở giai đoạn đầu với công nghệ chế tạo màng điện phân và điện cực. Quá trình khô được áp dụng để chế tạo màng điện phân rắn, yêu cầu độ chính xác và đồng đều rất cao trong việc nén. So với thiết bị ướt truyền thống, thiết bị khô không còn cần đến máy phủ, máy sấy, hay thiết bị thu hồi dung môi nữa. Thay vào đó, nhu cầu về máy trộn cao và máy nén cũng tăng lên.

Giai đoạn lắp ráp điện cực của pin rắn hoàn toàn sử dụng máy xếp chồng chính xác cao, máy in keo cho khung điện cực, và thiết bị nén tĩnh thay cho quy trình cuộn truyền thống, cũng như loại bỏ quy trình bơm dung dịch. Ở giai đoạn kích hoạt hiệu suất, quy trình chuyển từ máy kích hoạt pin lỏng sang thiết bị kích hoạt áp lực cao với áp lực tăng lên từ 60 đến 80 tấn.

Công đoạn - Thiết bị - Công dụng - Thay đổi so với thiết bị pin thể lỏng​

Chế tạo cực dương & cực âm và vật liệu điện giải
(Giai đoạn đầu, chiếm khoảng 35%–40% giá trị)

Công đoạn	Thiết bị	Công dụng	Thay đổi so với pin thể lỏng
Khuấy trộn	Máy khuấy	Trộn các vật liệu dạng bột	Cải tiến phù hợp
Trộn khô	Máy trộn công suất lớn	Trộn bằng phương pháp khí thể hóa	Mới bổ sung
Phủ	Máy phủ	Phủ vật liệu trộn lên lá kim loại	Cải tiến phù hợp
Xơ hóa	Thiết bị xơ hóa	Xử lý hỗn hợp vật liệu thành cấu trúc sợi	Mới bổ sung
Cán ép tạo màng	Máy cán ép, thiết bị cán ép - ép nhiệt, máy cán ép - ép nhiệt tích hợp	Cán ép tạo màng, ép nhiệt ghép lớp	Nâng cấp

Tạo hình lõi pin
(Giai đoạn giữa, chiếm khoảng 40%–50% giá trị)

Công đoạn	Thiết bị	Công dụng	Thay đổi so với pin thể lỏng
Cắt & chia dải	Máy cắt & chia dải	Cắt lõi pin theo khuôn khi đang dải cuộn	Cải tiến phù hợp
Dập tấm	Máy dập tấm	Dập tạo hình chính xác cao cho điện cực	Cải tiến phù hợp
In khung keo	Máy in khung keo	In khung keo lên cực để chống đoản mạch	Mới bổ sung
Xếp lớp	Máy xếp lớp không màng ngăn	Xếp lớp cực dương + cực âm + màng ngăn	Nâng cấp
Ép tĩnh điện	Thiết bị ép tĩnh điện	Ép để các bộ phận tiếp xúc đầy đủ	Mới bổ sung
Hàn cực	Máy hàn laser/siêu âm	Hàn nối cực tai và cụm xếp lớp	Cải tiến phù hợp
Đóng gói	Thiết bị đóng gói	Đóng gói mềm, chống ảnh hưởng môi trường	Cải tiến phù hợp

Hoạt hóa hiệu năng & lắp ráp
(Giai đoạn cuối, chiếm khoảng 15%–20% giá trị)

Công đoạn	Thiết bị	Công dụng	Thay đổi so với pin thể lỏng
Hoá thành + phân tích	Giá để hoá thành & phân tích cao áp	Kích hoạt + kiểm tra dung lượng	Nâng cấp
Kiểm tra	Thiết bị kiểm tra	Kiểm tra ngoại quan & kiểm tra cấu trúc bên trong pin	Cải tiến phù hợp

Theo dữ liệu từ báo cáo trắng của EV Tank, thị trường thiết bị pin rắn toàn cầu dự kiến đạt 4 tỷ nhân dân tệ (tương đương khoảng 600 triệu USD) vào năm 2024, trong đó thiết bị cho pin rắn hoàn toàn chiếm 160 triệu nhân dân tệ (tương đương 24 triệu USD). Dự báo đến năm 2030, thị trường thiết bị pin rắn toàn cầu sẽ đạt 107,9 tỷ nhân dân tệ (tương đương 16,1 tỷ USD), với nhu cầu cho pin bán phần và toàn phần lần lượt đạt 62,4 tỷ nhân dân tệ (tương đương 9,3 tỷ USD) và 45,5 tỷ nhân dân tệ (tương đương 6,6 tỷ USD).

Các công ty thiết bị pin lớn đã nhận thấy xu hướng này và đang tích cực tham gia vào lĩnh vực pin rắn. Trong ngành công nghiệp pin lithium, độ mẫu mã và chi phí sản xuất đã giảm xuống dưới 90% với các nhà máy hiện tại, tạo nên một bối cảnh cạnh tranh khốc liệt và áp lực lợi nhuận cho các doanh nghiệp thiết bị pin. Với sự chuyển đổi quy trình sản xuất, pin rắn đã trở thành kênh quan trọng cho các nhà sản xuất thiết bị pin tìm cách vượt qua bão hòa thị trường.

Tại Việt Nam, việc sản xuất pin rắn hiện đang thu hút sự chú ý của nhiều doanh nghiệp cũng như các viện nghiên cứu trong nước. Tuy nhiên, để thành công trong lĩnh vực sản xuất thiết bị pin rắn, việc nắm vững công nghệ cũng như nghiên cứu thị trường sẽ là trọng yếu trong thời gian tới. Các công ty như VinFast và các nhà sản xuất khác đang trong quá trình phát triển và hoàn thiện sản phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về pin rắn trong tương lai.