干法電極產(chǎn)業(yè)化“嶄露鋒芒” 納科諾爾引領(lǐng)鋰電輥壓技術(shù)“躍階”

摘要

納科諾爾干法電極成型覆合一體機(jī)的推出，不僅率先打破了國內(nèi)干法電極制造“無工具可用”的窘境，同時也將國內(nèi)干法電極制造技術(shù)提升至國際領(lǐng)先水平。

無論是從鋰電池輥壓工藝革新進(jìn)化，還是從“干法電極技術(shù)”產(chǎn)業(yè)化視角來看，2023年都是關(guān)鍵的一年。

近期，鋰電輥壓設(shè)備龍頭納科諾爾重磅亮相干法電極成型覆合一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)電極膜成型以及電極膜與集流體復(fù)合的一體化，率先開啟干法電極的產(chǎn)業(yè)化及國產(chǎn)化進(jìn)程。

據(jù)悉，該設(shè)備由納科諾爾聯(lián)合清研電子推出。輥壓寬度可達(dá)450mm，輥壓速度高達(dá)50m/min，通過閉環(huán)控制和實(shí)時數(shù)據(jù)采集，其精度控制在±1.5μm，處于行業(yè)領(lǐng)先水平。從先進(jìn)性來看，該設(shè)備創(chuàng)新采用8輥連軋?jiān)O(shè)計(jì)，融合伺服輥縫控制、測厚厚度閉環(huán)控制、切邊寬度/糾偏閉環(huán)控制、獨(dú)立收膜/收卷設(shè)計(jì)、MES系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)采集等多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。

高工鋰電分析認(rèn)為，納科諾爾是國內(nèi)最早一批進(jìn)入干法電極技術(shù)領(lǐng)域的企業(yè)，干法電極成型覆合一體機(jī)無論是從技術(shù)領(lǐng)先性、工藝完備度、性能指標(biāo)以及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程來看，將進(jìn)一步鞏固納科諾爾在鋰電池輥壓裝備領(lǐng)域的龍頭地位。

自2020年9月特斯拉公布4680電池以來，關(guān)于采用“干法電極技術(shù)”4680電池的量產(chǎn)，一直備受全球關(guān)注。

干法電極技術(shù)源于粉體成膜技術(shù)，是區(qū)別于傳統(tǒng)濕法工藝所需的混合、制漿、涂布、干燥、輥壓等過程，將電極制造過程實(shí)現(xiàn)一體化的革新技術(shù)。

其優(yōu)勢在于：1、產(chǎn)品端，干法工藝制備的電極可具備更高的壓實(shí)密度，容納更多活性物質(zhì)；干法工藝電池的循環(huán)性能、耐久度和阻抗表現(xiàn)明顯更優(yōu)。2、制造端，可以大幅提升極片制造效率，縮短工藝過程，省去濕法涂布后的烘干工藝，節(jié)約溶劑對環(huán)境友好等，為動力及儲能電池大規(guī)模制造提供另一種完全新型的生產(chǎn)模式。

據(jù)特斯拉估算，相較濕法電極，采用干法電極工藝能夠節(jié)省18%以上的成本，節(jié)約70%的生產(chǎn)線流程，以及減少41%的設(shè)備投入。

需要指出的是，由于干法電極制造的設(shè)備工藝仍然是干法電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)生產(chǎn)首當(dāng)其沖的難題，干法電極制造裝備的研發(fā)、生產(chǎn)也成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

在國內(nèi)，以納科諾爾為代表的一批鋰電前端設(shè)備企業(yè)，正在積極配合下游頭部鋰電池客戶進(jìn)行干電極制造相關(guān)的技術(shù)開發(fā)。

納科諾爾干法電極成型覆合一體機(jī)的推出，不僅率先打破了國內(nèi)干法電極制造“無工具可用”的窘境，同時也將國內(nèi)干法電極制造技術(shù)提升至國際領(lǐng)先水平。

創(chuàng)新突破背后，源于納科諾爾與清研電子的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。

納科諾爾成立于2000年，深耕鋰電池輥壓設(shè)備的生產(chǎn)研發(fā)超過23年，目前已成為國內(nèi)鋰電池輥壓設(shè)備領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。在技術(shù)革新上，無論是從輥壓單機(jī)設(shè)備到輥壓分切一體機(jī)的演進(jìn)，熱輥工藝替代冷輥工藝成為主流，還是設(shè)備大輥徑、大寬幅、高精度的躍階，納科諾爾都是行業(yè)中的領(lǐng)跑者。

在市場表現(xiàn)上，納科諾爾合作客戶全面覆蓋寧德時代、比亞迪、中創(chuàng)新航、億緯鋰能、蜂巢能源、瑞浦蘭鈞、孚能科技、欣旺達(dá)、海辰儲能等頭部動力、儲能電池企業(yè)。

清研電子孵化自深圳清華大學(xué)研究院，創(chuàng)新技術(shù)來自深圳清華大學(xué)研究院先進(jìn)儲能材料及器件實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室專注于功率型儲能器件及上游材料的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究18年，其中干法電極材料技術(shù)積累超過7年。

近期，高工鋰電與納科諾爾董事、常州納科諾爾董事長兼總經(jīng)理付博昂先生，清研電子董事長、深圳清華大學(xué)研究院儲能實(shí)驗(yàn)室主任王臣博士，對干法電極在制造瓶頸突破、產(chǎn)業(yè)化前景以及當(dāng)前新能源電池智能裝備行業(yè)熱點(diǎn)等話題進(jìn)行了深度交流與探討。

高工鋰電：本次納科諾爾與清研電子強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手推出干法電極成型覆合一體機(jī)是基于怎樣的契機(jī)？

王臣：清研電子與納科諾爾的合作可以追溯到2012年。彼時，清研電子正式開啟粉體成膜技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，而納科諾爾也憑借在高精度鋰電池輥壓機(jī)設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)積累和產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)，開始干法超級電容器輥壓設(shè)備研制。雙方進(jìn)行設(shè)備工藝合作于此開始邁上第一個臺階。

2021年，清研電子將粉體干法成膜技術(shù)成功應(yīng)用于超級電容器和鋰離子電池的電極制造領(lǐng)域，并于2022年進(jìn)行了動力電池用干法電極的中試放大研究。為進(jìn)一步推進(jìn)干法成膜技術(shù)在動力領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化落地，2022年8月，清研電子與納科諾爾達(dá)成深度戰(zhàn)略合作。目前，清研電子也在籌建1GWh動力電池用干法電級生產(chǎn)線。

付博昂：本次聯(lián)合推出干法電極成型覆合一體機(jī)，是納科諾爾與清研電子深度配合開發(fā)的研究成果，能夠幫助更多下游電池企業(yè)解決電極制造段的工藝問題，讓其可以進(jìn)一步加快探索研發(fā)干法電池的制造工藝。

按照規(guī)劃，干法電極成型覆合一體機(jī)預(yù)計(jì)先制造20套，會優(yōu)先供給具備技術(shù)實(shí)力、前沿技術(shù)研究、儲備干法電池包括4680電池、固態(tài)電池等革新電池工藝的廠家。

高工鋰電：自2019年特斯拉以2.35億美元高價收購超級電容生產(chǎn)商Maxwell之后，“干法電極技術(shù)”在4680上的量產(chǎn)進(jìn)展一直備受關(guān)注。干法電極成型設(shè)備的工藝和制造難點(diǎn)在哪，與Maxwell技術(shù)有何差異？

王臣：目前行業(yè)內(nèi)并未出現(xiàn)成熟的參照物，干法電極成型覆合一體化設(shè)備可謂處于“無人區(qū)”，需要完全顛覆認(rèn)知，自主投入研發(fā)探索。同時，干法工藝相較濕法工藝對于輥壓設(shè)備的工作壓力、輥壓精度以及均勻度提出更高要求。且干法電極制造工藝較為復(fù)雜，需經(jīng)過多次成型，電極膜、集流體分開收放卷再集合，生產(chǎn)效率較低，且設(shè)備的占地面積較大，生產(chǎn)成本較高。

本次合作推出的干法電極成型覆合一體機(jī)，解決了電極膜成型以及電極膜與集流體復(fù)合一體化工藝難題，通過簡化設(shè)備減少設(shè)備占地面積，提高生產(chǎn)效率，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。

付博昂：對于輥壓技術(shù)而言，干法電極成型的難點(diǎn)主要在于如何提高成膜的連續(xù)穩(wěn)定性、厚度一致性和生產(chǎn)效率。干法電極成型覆合一體機(jī)通過輥壓技術(shù)將粉料輥壓成厚膜后，經(jīng)多次熱壓減薄后收卷或與集流體進(jìn)行復(fù)合，可保證膜片不斷帶的情況下減薄至指定厚度并提高壓實(shí)密度。

同時，在知識產(chǎn)權(quán)方面，我們已申請干法電極技術(shù)核心發(fā)明專利8項(xiàng)，經(jīng)專利事務(wù)所分析，公司知識產(chǎn)權(quán)體系與Maxwell差異顯著，具有獨(dú)立自主性和原創(chuàng)性，可在歐美市場自由實(shí)施 (FTO)。

高工鋰電：干法電極制造工藝是對傳統(tǒng)濕法制造工藝的顛覆性創(chuàng)新，考慮到現(xiàn)階段成熟產(chǎn)能的大規(guī)模復(fù)制，如何看待干法電極的制造裝備前景與產(chǎn)業(yè)化前景？

付博昂：當(dāng)前電芯制造的創(chuàng)新主要是圍繞電芯形態(tài)、結(jié)構(gòu)，以及在此基礎(chǔ)上提升生產(chǎn)效率、良率的微創(chuàng)新，在電極制造環(huán)節(jié)的顛覆性創(chuàng)新基本很少?？紤]到動力、儲能電池要求進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)極致安全、極致性能、極致效率、極致降本，以及面向全球碳中和目標(biāo)，要求減少電池制造過程中的碳足跡和資源消耗，干法電極制造工藝發(fā)展勢在必行。

納科諾爾專注于高精度輥壓機(jī)行業(yè)20余年，技術(shù)創(chuàng)新一直處于行業(yè)領(lǐng)先水平。在干法工藝路線初見曙光的時候，納科諾爾也一定要走在前列。對于裝備企業(yè)而言，循規(guī)蹈矩走老路，沒有創(chuàng)新沒有跳脫思維是不行的。納科諾爾也希望通過將干法電極成型覆合一體機(jī)導(dǎo)入至行業(yè)優(yōu)質(zhì)企業(yè)，通過上下游聯(lián)動，形成正反饋的循環(huán)，為促進(jìn)新能源行業(yè)制造變革帶來促進(jìn)作用。

王臣：從應(yīng)用場景需求來看，干法電極適配于46系圓柱及全固態(tài)電池等新一代電池的制造需求。生產(chǎn)工藝的顛覆性替代并不是一蹴而就的過程，而是會呈現(xiàn)出逐步向上滲透的曲線。

未來全固態(tài)電池一定會以干法電極工藝為主，全固態(tài)電池中，硫化物電解質(zhì)對極性有機(jī)溶劑極為敏感，同時金屬鋰容易與溶劑反應(yīng)，導(dǎo)致膨脹更加嚴(yán)重，傳統(tǒng)的 PVDF-NMP 體系粘結(jié)強(qiáng)度有限，而干法電極中由PTFE原纖維化構(gòu)成的二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以抑制活性物質(zhì)顆粒的體積膨脹，防止其從集流體表面脫落。此外，采用干法電極工藝，固態(tài)電池的極片制造過程可以實(shí)現(xiàn)完全干燥，消除濕法工藝烘干后溶劑分子的殘留問題。

高工鋰電：新能源電池輥壓技術(shù)的成熟會不會對納科諾爾產(chǎn)生影響，納科諾爾的競爭壁壘何在？

付博昂：一方面，高技術(shù)水平、高工藝標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)壁壘是鋰電輥壓設(shè)備行業(yè)新進(jìn)入者的主要壁壘之一。另一方面，研發(fā)一代、生產(chǎn)一代、儲備一代，是納科諾爾在細(xì)分領(lǐng)域保持前沿技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)的核心思路。

納科諾爾在輥壓設(shè)備領(lǐng)域的競爭壁壘，無外乎穩(wěn)定的技術(shù)方案、先進(jìn)的技術(shù)引領(lǐng)、向內(nèi)挖潛的精益化生產(chǎn)、橫向多元化的產(chǎn)品探索。

在穩(wěn)定的技術(shù)方案上，公司持續(xù)在鋰電池輥壓設(shè)備的軋輥尺寸、運(yùn)行速度、輥壓精度、智能化程度等方面不斷突破，在設(shè)備穩(wěn)定性、保障極片厚度精度等方面保持行業(yè)第一梯隊(duì)水平。

在先進(jìn)技術(shù)方面，公司在熱輥、干法電極等新工藝領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。目前來看，熱輥技術(shù)基本成為行業(yè)輥壓設(shè)備企業(yè)的核心競爭力之一，而公司率先于2015年就已經(jīng)完成全系列加熱輥的設(shè)計(jì)研發(fā)。干法電極設(shè)備的領(lǐng)先推出同是如此。在復(fù)雜的商業(yè)環(huán)境下，創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化落地先行，是一個公司綜合競爭優(yōu)勢的體現(xiàn)。

在精益化生產(chǎn)方面，公司通過跨行業(yè)生產(chǎn)借鑒，持續(xù)內(nèi)向挖潛與技術(shù)改造，大幅提高生產(chǎn)效率。

在多元化產(chǎn)品探索上，除了本次推出的干法電極成型覆合一體機(jī)之外，公司還推出了多功能鋰帶壓延覆合機(jī)、壓延覆合一體機(jī)、單面壓延實(shí)驗(yàn)機(jī)、覆合試驗(yàn)機(jī)等新產(chǎn)品。同時，公司也不斷向燃料電池、碳纖維、多材料復(fù)合、新型材料成型等新型領(lǐng)域延伸。

審核編輯：劉清