行业资讯 | 2023-06-29
干法电极工艺再获国际车企巨头“力挺”
摘要
近日，大众汽车子公司 PowerCo SE 公开宣布，计划将干法电极工艺引入到其欧洲和北美的电池生产工厂。
这是继特斯拉4680电池采用干法电极工艺之后，第二家国际汽车巨头宣布将采用这一创新技术。
PowerCo SE 首席执行官 Frank Bloom表示，干法电极技术对于电池生产来说，就像固态电池对于产品一样，实现真正的颠覆。如果成功扩大规模，将带来独特的市场地位和明显的竞争优势。
根据PowerCo SE的规划，2025-2027年将完成3个标准电池工厂建设，规划年产能合计超120GWh。目前德国萨尔茨吉特工厂、西班牙瓦伦西亚工厂已经在建设中，今年4月，其加拿大圣托马斯工厂也举行了签约仪式。
毫无疑问，特斯拉对于4680电池产业的擘画，以及背靠大众的PowerCo SE对于干法电极工艺的力挺，都将大力推动干法电极工艺的产业化速度，市场应用空间可期。
需要注意的是，干法正极工艺仍然是阻碍应用干法电极4680电池量产的重要掣肘，目前特斯拉量产的4680电池仍采用湿法电极工艺。而采用干法电极工艺的4680实验室样件仅有负极采用干法，正极仍然采用湿法电极工艺。
为助力干法电极产业化瓶颈突破，深圳泽诚自动化注意到，国内锂电前段设备企业嘉拓智能、纳科诺尔等正在积极配合头部锂电池客户，进行干法电极制造相关设备的技术开发。
分析认为，虽然干法电极工艺尚未完全成熟，且存在不少技术难点，但干法电极能够给电池带来巨大的性能提升，大幅降低生产成本，是极具潜力的工艺迭代方向。
同时，干法电极工艺适配4680、固态电池等新一代电池制造需求，并且在市场端已得到特斯拉、大众等国际车企巨头的认可，或将发展成为与湿法电极制造并存的新型制造工艺。
干法电极的优势与瓶颈
能够吸引两大车企巨头的青睐，干法电极工艺有着无可比拟的优势。
在制造端，干法电极工艺可大幅提升极片制造效率，缩短工艺过程，省去湿法涂布后的烘干工艺，无需溶剂，绿色环保，适合大规模生产等。
据特斯拉估算，相较湿法电极，采用干法电极工艺能够节省18%以上的成本，节约70%的生产线流程，以及减少41%的设备投入。
在产品端，干法工艺制备的电极具备更高的压实密度，容纳更多的活性物质，能量密度更高，且干法电池的循环性能、耐久度和阻抗表现也更加优异，进而降低产品成本。
嘉拓智能副总裁周研表示，随着干电极工艺的发展，可提升电极能量密度至500Wh/kg，而且将以2年左右为一个周期，以25%的幅度提升电池能量密度，同时成本持续下降幅度为10%，突破三元锂电池能量密度的瓶颈。
在应用端，干法电池更适配4680、固态电池等新一代电池的制造需求。
清研电子董事长王臣博士指出，未来全固态电池一定会以干法电极工艺为主，全固态电池中，硫化物电解质对极性有机溶剂极为敏感，同时金属锂容易与溶剂反应，导致膨胀更加严重，传统的 PVDF-NMP 体系粘结强度有限，而干法电极中由PTFE原纤维化构成的二维网络结构，可以抑制活性物质颗粒的体积膨胀，防止其从集流体表面脱落。此外，采用干法电极工艺，固态电池的极片制造过程可以实现完全干燥，消除湿法工艺烘干后溶剂分子的残留问题。
显著优势背景下，干法电极工艺要实现量产也存在诸多挑战。
特斯拉CEO马斯克曾在投资者说明会上提到，干法正极工艺碰到极大挑战，在通过辊压把正极粉体压制到一个特定的厚度时，就像披萨面团一样被压扁，但其实非常硬，这导致压辊压力超荷，发生位置偏移甚至变形，这是此前没有预料到的。这说明特斯拉也尚未全面突破干法电极极片制造技术。
同时，干法电极制造工艺较为复杂，需经过多次成型，电极膜、集流体分开收放卷再集合，生产效率较低，且设备的占地面积较大，生产成本较高。此外，干法工艺相较湿法工艺对于辊压设备的工作压力、辊压精度以及均匀度也提出了更高的要求。
结合到材料制备环节，需要解决粘结剂PTFE的粘合效果问题，PTFE易与正负极材料发生反应的问题，以及如何保障干混制膜过程中活性物质不被破坏和内部阻抗变大问题等。
锂电前段设备企业率先“卡位”
前瞻性应对新一代电池制造模式以及下游市场需求，国内锂电前段设备企业已经率先卡位干法电极制造相关设备。
根据干法工艺生产特性，其主要通过将活性颗粒、导电剂、粘结剂混合，在粘结剂原纤化作用下，形成自支撑膜，最后辊压覆盖在集流体表面。
据嘉拓智能介绍，公司已开展KATOP干法实验室，在混料阶段研发出高速粉碎机、密炼机、气流磨、流化床、干法搅拌机；在压延阶段，推出了开炼机、对辊机、三辊辊压机、双钢带成膜机。
以对辊/多辊辊压为例，嘉拓智能性能表现优异，其膜宽＞1000mm，膜片张力≥4N，辊子可独立驱动，转速、压力可独立控制，并实现闭环控制辊缝、成膜厚度、压实密度。
嘉拓智能亦在干法电极整线流程推出相应的解决方案，其设备产品可在全流程生产工艺中实现均匀混料、物料纤维化、连续成膜，并保证膜片厚度与一致性。
纳科诺尔联合清研电子推出了干法电极成型覆合一体机，实现电极膜成型以及电极膜与集流体复合的一体化。辊压宽度可达450mm，辊压速度高达50m/min，通过闭环控制和实时数据采集，其精度控制在±1.5μm。
该一体机采用8辊连轧设计，融合伺服辊缝控制、测厚厚度闭环控制、切边宽度/纠偏闭环控制、独立收膜/收卷设计、MES系统实时数据采集等多项创新技术。
专注“干法电极”技术公司宝晟能源科技，开发了“干法制备预锂化负极”专利方法，已经组装了软包电池并验证了首效参数和循环性能，目前干法电极的中试量产已经完成。第四代干法成膜设备，幅宽达到75cm。公司自研的干法工艺可以做到全过程物料可以100%循环再利用。
