干法電極工藝“騷動”

干法電極工藝再獲國際車企巨頭“力挺”。

近日，大眾汽車子公司 PowerCo SE 公開宣布，計劃將干法電極工藝引入到其歐洲和北美的電池生產工廠。

這是繼特斯拉4680電池采用干法電極工藝之后，第二家國際汽車巨頭宣布將采用這一創(chuàng)新技術。

PowerCo SE 首席執(zhí)行官 Frank Bloom表示，干法電極技術對于電池生產來說，就像固態(tài)電池對于產品一樣，實現(xiàn)真正的顛覆。如果成功擴大規(guī)模，將帶來獨特的市場地位和明顯的競爭優(yōu)勢。

根據(jù)PowerCo SE的規(guī)劃，2025-2027年將完成3個標準電池工廠建設，規(guī)劃年產能合計超120GWh。目前德國薩爾茨吉特工廠、西班牙瓦倫西亞工廠已經在建設中，今年4月，其加拿大圣托馬斯工廠也舉行了簽約儀式。

毫無疑問，特斯拉對于4680電池產業(yè)的擘畫，以及背靠大眾的PowerCo SE對于干法電極工藝的力挺，都將大力推動干法電極工藝的產業(yè)化速度，市場應用空間可期。

需要注意的是，干法正極工藝仍然是阻礙應用干法電極4680電池量產的重要掣肘，目前特斯拉量產的4680電池仍采用濕法電極工藝。而采用干法電極工藝的4680實驗室樣件僅有負極采用干法，正極仍然采用濕法電極工藝。

為助力干法電極產業(yè)化瓶頸突破，高工鋰電注意到，國內鋰電前段設備企業(yè)嘉拓智能、納科諾爾等正在積極配合頭部鋰電池客戶，進行干法電極制造相關設備的技術開發(fā)。

分析認為，雖然干法電極工藝尚未完全成熟，且存在不少技術難點，但干法電極能夠給電池帶來巨大的性能提升，大幅降低生產成本，是極具潛力的工藝迭代方向。

同時，干法電極工藝適配4680、固態(tài)電池等新一代電池制造需求，并且在市場端已得到特斯拉、大眾等國際車企巨頭的認可，或將發(fā)展成為與濕法電極制造并存的新型制造工藝。

干法電極的優(yōu)勢與瓶頸

能夠吸引兩大車企巨頭的青睞，干法電極工藝有著無可比擬的優(yōu)勢。

在制造端，干法電極工藝可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，無需溶劑，綠色環(huán)保，適合大規(guī)模生產等。

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%的生產線流程，以及減少41%的設備投入。

在產品端，干法工藝制備的電極具備更高的壓實密度，容納更多的活性物質，能量密度更高，且干法電池的循環(huán)性能、耐久度和阻抗表現(xiàn)也更加優(yōu)異，進而降低產品成本。

嘉拓智能副總裁周研表示，隨著干電極工藝的發(fā)展，可提升電極能量密度至500Wh/kg，而且將以2年左右為一個周期，以25%的幅度提升電池能量密度，同時成本持續(xù)下降幅度為10%，突破三元鋰電池能量密度的瓶頸。

在應用端，干法電池更適配4680、固態(tài)電池等新一代電池的制造需求。

清研電子董事長王臣博士指出，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，硫化物電解質對極性有機溶劑極為敏感，同時金屬鋰容易與溶劑反應，導致膨脹更加嚴重，傳統(tǒng)的 PVDF-NMP 體系粘結強度有限，而干法電極中由PTFE原纖維化構成的二維網絡結構，可以抑制活性物質顆粒的體積膨脹，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現(xiàn)完全干燥，消除濕法工藝烘干后溶劑分子的殘留問題。

顯著優(yōu)勢背景下，干法電極工藝要實現(xiàn)量產也存在諸多挑戰(zhàn)。

特斯拉CEO馬斯克曾在投資者說明會上提到，干法正極工藝碰到極大挑戰(zhàn)，在通過輥壓把正極粉體壓制到一個特定的厚度時，就像披薩面團一樣被壓扁，但其實非常硬，這導致壓輥壓力超荷，發(fā)生位置偏移甚至變形，這是此前沒有預料到的。這說明特斯拉也尚未全面突破干法電極極片制造技術。

同時，干法電極制造工藝較為復雜，需經過多次成型，電極膜、集流體分開收放卷再集合，生產效率較低，且設備的占地面積較大，生產成本較高。此外，干法工藝相較濕法工藝對于輥壓設備的工作壓力、輥壓精度以及均勻度也提出了更高的要求。

結合到材料制備環(huán)節(jié)，需要解決粘結劑PTFE的粘合效果問題，PTFE易與正負極材料發(fā)生反應的問題，以及如何保障干混制膜過程中活性物質不被破壞和內部阻抗變大問題等。

鋰電前段設備企業(yè)率先“卡位”

前瞻性應對新一代電池制造模式以及下游市場需求，國內鋰電前段設備企業(yè)已經率先卡位干法電極制造相關設備。

根據(jù)干法工藝生產特性，其主要通過將活性顆粒、導電劑、粘結劑混合，在粘結劑原纖化作用下，形成自支撐膜，最后輥壓覆蓋在集流體表面。

據(jù)嘉拓智能介紹，公司已開展KATOP干法實驗室，在混料階段研發(fā)出高速粉碎機、密煉機、氣流磨、流化床、干法攪拌機；在壓延階段，推出了開煉機、對輥機、三輥輥壓機、雙鋼帶成膜機。

以對輥/多輥輥壓為例，嘉拓智能性能表現(xiàn)優(yōu)異，其膜寬＞1000mm，膜片張力≥4N，輥子可獨立驅動，轉速、壓力可獨立控制，并實現(xiàn)閉環(huán)控制輥縫、成膜厚度、壓實密度。

嘉拓智能亦在干法電極整線流程推出相應的解決方案，其設備產品可在全流程生產工藝中實現(xiàn)均勻混料、物料纖維化、連續(xù)成膜，并保證膜片厚度與一致性。

納科諾爾聯(lián)合清研電子推出了干法電極成型覆合一體機，實現(xiàn)電極膜成型以及電極膜與集流體復合的一體化。輥壓寬度可達450mm，輥壓速度高達50m/min，通過閉環(huán)控制和實時數(shù)據(jù)采集，其精度控制在±1.5μm。

該一體機采用8輥連軋設計，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、獨立收膜/收卷設計、MES系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集等多項創(chuàng)新技術。

專注“干法電極”技術公司寶晟能源科技，開發(fā)了“干法制備預鋰化負極”專利方法，已經組裝了軟包電池并驗證了首效參數(shù)和循環(huán)性能，目前干法電極的中試量產已經完成。第四代干法成膜設備，幅寬達到75cm。公司自研的干法工藝可以做到全過程物料可以100%循環(huán)再利用。

7月3日-5日，第十六屆高工鋰電產業(yè)峰會將在常州·東方鹽湖城·茅山國際會議中心舉行。此次峰會主題定為“應變局 開新局”，由大族鋰電智能裝備總冠名，指導單位為常州金壇區(qū)人民政府，承辦單位為江蘇省金壇華羅庚高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)。

峰會上，與會嘉賓也將圍繞新電池、新材料、新工藝的產業(yè)化落地等熱點話題展開深度分享與探討。

審核編輯：劉清