干法電極工藝再獲國(guó)際車企巨頭“力挺”。

近日，大眾汽車子公司 PowerCo SE 公開(kāi)宣布，計(jì)劃將干法電極工藝引入到其歐洲和北美的電池生產(chǎn)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(guó)際汽車巨頭宣布將采用這一創(chuàng)新技術(shù)。

PowerCo SE 首席執(zhí)行官 Frank Bloom表示，干法電極技術(shù)對(duì)于電池生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，就像固態(tài)電池對(duì)于產(chǎn)品一樣，實(shí)現(xiàn)真正的顛覆。如果成功擴(kuò)大規(guī)模，將帶來(lái)獨(dú)特的市場(chǎng)地位和明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)PowerCo SE的規(guī)劃，2025-2027年將完成3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池工廠建設(shè)，規(guī)劃年產(chǎn)能合計(jì)超120GWh。目前德國(guó)薩爾茨吉特工廠、西班牙瓦倫西亞工廠已經(jīng)在建設(shè)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(wú)疑問(wèn)，特斯拉對(duì)于4680電池產(chǎn)業(yè)的擘畫(huà)，以及背靠大眾的PowerCo SE對(duì)于干法電極工藝的力挺，都將大力推動(dòng)干法電極工藝的產(chǎn)業(yè)化速度，市場(chǎng)應(yīng)用空間可期。

需要注意的是，干法正極工藝仍然是阻礙應(yīng)用干法電極4680電池量產(chǎn)的重要掣肘，目前特斯拉量產(chǎn)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(shí)驗(yàn)室樣件僅有負(fù)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(chǎn)業(yè)化瓶頸突破，高工鋰電注意到，國(guó)內(nèi)鋰電前段設(shè)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(jìn)行干法電極制造相關(guān)設(shè)備的技術(shù)開(kāi)發(fā)。

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

同時(shí)，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(chǎng)端已得到特斯拉、大眾等國(guó)際車企巨頭的認(rèn)可，或?qū)l(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(shì)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(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

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(guò)程，省去濕法涂布后的烘干工藝，無(wú)需溶劑，綠色環(huán)保，適合大規(guī)模生產(chǎn)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(chǎn)線流程，以及減少41%的設(shè)備投入。

在產(chǎn)品端，干法工藝制備的電極具備更高的壓實(shí)密度，容納更多的活性物質(zhì)，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(jìn)而降低產(chǎn)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(gè)周期，以25%的幅度提升電池能量密度，同時(shí)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(yīng)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(zhǎng)王臣博士指出，未來(lái)全固態(tài)電池一定會(huì)以干法電極工藝為主，全固態(tài)電池中，硫化物電解質(zhì)對(duì)極性有機(jī)溶劑極為敏感，同時(shí)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(guò)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(wèn)題。

顯著優(yōu)勢(shì)背景下，干法電極工藝要實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)也存在諸多挑戰(zhàn)。

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

同時(shí)，干法電極制造工藝較為復(fù)雜，需經(jīng)過(guò)多次成型，電極膜、集流體分開(kāi)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。此外，干法工藝相較濕法工藝對(duì)于輥壓設(shè)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(jié)合到材料制備環(huán)節(jié)，需要解決粘結(jié)劑PTFE的粘合效果問(wèn)題，PTFE易與正負(fù)極材料發(fā)生反應(yīng)的問(wèn)題，以及如何保障干混制膜過(guò)程中活性物質(zhì)不被破壞和內(nèi)部阻抗變大問(wèn)題等。

鋰電前段設(shè)備企業(yè)率先“卡位”

前瞻性應(yīng)對(duì)新一代電池制造模式以及下游市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)鋰電前段設(shè)備企業(yè)已經(jīng)率先卡位干法電極制造相關(guān)設(shè)備。

根據(jù)干法工藝生產(chǎn)特性，其主要通過(guò)將活性顆粒、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合，在粘結(jié)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(kāi)展KATOP干法實(shí)驗(yàn)室，在混料階段研發(fā)出高速粉碎機(jī)、密煉機(jī)、氣流磨、流化床、干法攪拌機(jī)；在壓延階段，推出了開(kāi)煉機(jī)、對(duì)輥機(jī)、三輥輥壓機(jī)、雙鋼帶成膜機(jī)。

以對(duì)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?zhàn)涌瑟?dú)立驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速、壓力可獨(dú)立控制，并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制輥縫、成膜厚度、壓實(shí)密度。

嘉拓智能亦在干法電極整線流程推出相應(yīng)的解決方案，其設(shè)備產(chǎn)品可在全流程生產(chǎn)工藝中實(shí)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(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。輥壓寬度可達(dá)450mm，輥壓速度高達(dá)50m/min，通過(guò)閉環(huán)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，其精度控制在±1.5μm。

該一體機(jī)采用8輥連軋?jiān)O(shè)計(jì)，融合伺服輥縫控制、測(cè)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(shí)數(shù)據(jù)采集等多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。

專注“干法電極”技術(shù)公司寶晟能源科技，開(kāi)發(fā)了“干法制備預(yù)鋰化負(fù)極”專利方法，已經(jīng)組裝了軟包電池并驗(yàn)證了首效參數(shù)和循環(huán)性能，目前干法電極的中試量產(chǎn)已經(jīng)完成。第四代干法成膜設(shè)備，幅寬達(dá)到75cm。公司自研的干法工藝可以做到全過(guò)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(chǎn)業(yè)峰會(huì)將在常州·東方鹽湖城·茅山國(guó)際會(huì)議中心舉行。此次峰會(huì)主題定為“應(yīng)變局 開(kāi)新局”，由大族鋰電智能裝備總冠名，指導(dǎo)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(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)。

峰會(huì)上，與會(huì)嘉賓也將圍繞新電池、新材料、新工藝的產(chǎn)業(yè)化落地等熱點(diǎn)話題展開(kāi)深度分享與探討。

審核編輯：劉清