微信客服
微信公众号
锂电池的性能和成本在很大程度上取决于其电极的制造工艺。锂电池在动力和储能领域的大规模应用，一直受限于电池储存能量、产品性能稳定和成本下降的约束。提升电池的储存能量实际也是降低单位产品的投入成本，目前正在通过上游正负极材料的创新在实现；同时在制造端新型干法电极技术的创新突破，在精简电池制造工艺和提高制造效率、从而节减制造成本的同时，对电池活性物质稳定性等电化学性能的提升亦将发挥重要的作用，已成为当前锂电产业发展的“两大新方向”。目前电池的电极通常采用湿法涂布工艺（slurry-casting,SC），这种方法由于限制了电极的厚度，导致了成本增加和能量密度受限，成为新应用领域的障碍。为解决这些问题，干法制造工艺（solvent-free,SF）被提出作为一种有希望的解决方案。SF工艺不使用溶剂，通过干法混合粘合剂、活性材料和导电剂，使制造更厚电极成为可能，无需担心粘合剂分布不均的问题，从而显著提高能量密度并降低制造成本。
一、干法电极主要工艺
极片生产是电芯制造的首要环节，锂离子电池（LIBs）的成本和性能在很大程度上取决于电极的制造工艺。
传统湿法工艺，主要分为浆料搅拌（制浆）、极片涂布、极片辊压、极片分切四个步骤。其中，极片生产占设备、人工、厂房成本的35.75%，能源成本的57.23%，是电芯制造步骤中成本最高的环节。
（一）干法与湿法的工艺及材料对比
传统湿法（SC）工艺：是将活性物、导电剂、粘接剂按比例混合在溶剂中，并通过狭缝涂布模头按要求涂覆在集流体表面并辊压。
干法（SF）工艺：是将活性颗粒、导电剂和进行干混均匀后加入粘接剂，在粘接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。
综合对比：活性材料是电池中用来存储和释放能量的部分，而传统SC工艺限制了电极的厚度，如果要做厚电极干燥时粘合剂分布不均匀会影响电极和集流体之间的粘合，降低电极的稳定性并因增大离子传输路径影响电池充放电速度，也由此限制了电池的储存能量。SF工艺不使用溶剂，通过干法均化粘合剂与活性材料和导电剂，可以制造出厚电极而无需担心粘合剂分布不均的问题。增加电极厚度可以在同样体积情况下容纳更多的活性材料，从而显著提高能量密度，并降低制造成本。
工序差异：干法电极取消了浆料制备、涂布、干燥及溶剂回收等工序，新增了干法制膜工序，常见的制膜方法：粘接剂原纤化法法、静电喷涂法，其中以粘接剂原纤化法为主。
材料差异：粘接剂从正极的PVDF和负极的CMC+SBR粘接剂，变更为PTFE（聚四氟乙烯）粘接剂。
设备差异：取消涂布、烘干、溶剂回收设备；增加纤维化设备，主要为气流粉碎、螺杆挤出机、开炼机；制膜所需的辊压机要求提升。
（二）干法电极自支撑膜制备工艺
大多数SF工艺电极的制造程序包括三个步骤：干混、干涂层（干沉积）和最后的压制，以达到所需的厚度和致密的电极结构。也可以在干混后直接进行压制。根据干式涂层（沉积）过程的不同，SF工艺可以进一步分为六种不同类型：聚合物纤维化、干喷沉积、气相沉积、热熔和挤压、3D打印和直接压制。目前业内主要采取粉末挤压成型的聚合物纤维化法和静电喷涂法，美国和日本分别是粘接剂原纤化法和静电喷涂法工艺的领先国家，其中，Maxwell 和 Toyota 各是两种工艺的代表公司。Maxwell在粘接剂原纤化方案上具有专利和工艺成熟度的领先优势，已获专利 37 个排名第一。
1、粘接剂原纤化是主流。粘接剂原纤化法，是将活性物质粉末与导电剂混合后加入PTFE（聚四氟乙烯）粘接剂——然后对干混合物施加外部的高剪切力使其分散均匀后，进行2次热辊压使PTFE原纤化后（从团聚物变成网状的原纤维物）呈网状粘合电极粉末（活性物质与导电剂混合物）——最后再挤压混合物形成自支撑膜。电极片制造，则是将制成的电极膜双面置于涂碳铝箔表面，用热辊压机在180℃下固化，实现电极膜与集流体的粘接，得到压实密度更高的干法电极片。因此，原纤化制膜方法又称为“粉末挤压成型法”。
原纤化制膜是极片辊压的前段环节，主流的原纤化制膜机器为：1）气流粉碎机；2）螺杆挤出机；3）开炼机。在PTFE 与活性物质充分混合后，混合物被送入原纤化制膜机，在机器的辊压下混合物会形成自支撑膜。
2019年特斯拉收购Maxwell公司，Maxwell主要采用粘接剂原纤化制膜，而特斯拉目前也是采用粘接剂原纤化法制造自支撑膜。Maxwell公司开发了一种用于超级电容器电极制造的创新聚合物纤维化技术，该技术利用可纤维化的PTFE在高剪切力下形成纤维，将活性材料颗粒连接在一起，并通过热压形成自支撑的电极膜。增加PTFE的纤维化程度是提高自承式电极膜机械强度的最有效方法之一。
干法工艺目前可用粘结剂只有PTFE。非常有必要为不同的电池系统开发具有广泛电化学窗口的可纤维化粘结剂。
2、静电喷涂法：是用高压气体预混活性物质、导电剂以及粘接剂颗粒，在静电喷枪的作用下使粉末带负电荷并喷至带有正电荷的金属箔集流体上，然后对载有粘接剂的集流体进行热压，粘接剂融化后会粘连其他粉末并被挤压成自支撑膜。
静电喷涂法在后续的可加工性、粘连稳固性、电极柔韧和耐久上表现，不如粘接剂原纤化法。且与现有的锂电池生产线设备不兼容、控制电极厚度有困难，且效率也不及SC工艺。但该技术具有在卷对卷生产方式中实现放大生产的潜力。
3、气相沉积法：包括磁控溅射、热蒸发、脉冲激光沉积和原子层沉积等，通过这些方法，原材料被蒸发后在基底上沉积形成薄膜。使用脉冲激光沉积技术可以制造包含无定形锂氧化物-钒氧化物-二氧化硅固态电解质、晶态LiCoO2阴极和无定形SnO阳极的固态薄膜电池。但气相沉积工艺的应用受到设备复杂性、真空操作环境的需求和小规模输出的限制。这些技术主要适用于制造微电子设备和高度集成电路中的小尺寸电极，在电动汽车或3C消费电子产品中的应用受限。
4、热熔和挤压：使用的热塑性聚合物（如聚丙烯PP、石蜡PW和硬脂酸SA）作为牺牲性粘合剂，活性材料和导电添加剂被混入聚合物混合物中，然后在挤出机中加热，通过辊筒层压形成自支撑的电极膜，并在高温下烧结，并最终加热去除粘合剂。这种方法虽然能制造出多孔电极，但需要大量粘合剂和高温。挤压法虽是一种可扩展的高加载电极制造工艺，但其对颗粒大小敏感，需要精确控制温度、剪切力和挤出时间。此外，高聚合物消耗、繁琐的制造程序、以及脱粘和烧结过程所需的高温限制了其在实际电极制造中的进一步应用。
5、3D打印：包括液体沉积成型（LDM）和熔融沉积成型（FDM）两种。在FDM中通过加热熔化热塑性聚合物，将含有活性材料和导电添加剂的聚合物逐层沉积，以制造3D电极。这种技术能够精确控制电极的厚度和形态，适用于特定应用，如微电子和可穿戴设备。然而，由于FDM过程对活性材料装载量的限制，这种方法目前还不适用于大规模电极制造。
6、直接压制：利用多孔石墨烯等可压缩材料直接混合和压制成电极。直接压制允许在室温下，无需溶剂或粘合剂就可以形成致密、坚固的电极，这对于提高电池的能量密度和机械强度非常有利。然而将这一技术与卷对卷生产方式相结合的兼容性，即扩大生产规模的可能性，目前还存在一些疑问。
二、干法电极工艺的综合优势
传统锂离子电池采用湿法浆料涂覆工艺制造电极，存在极片干燥时间长、有机溶剂回收成本高、环境污染严重、极片高负载受到限、残留溶剂与电解液发生副反应使电极性能下降等问题。
（一）干法工艺成本更低，制造成本降低18%
干法制造工艺步骤更少，电芯制造成本综合降低18%，降幅0.056元/Wh。干法工艺将传统湿法的浆料涂布改为制造自支撑膜，它无需NMP溶剂，省去了电极干燥及溶剂回收环节，实现更低的电芯制造成本（湿法工艺涂布干燥及溶剂回收环节，分别占设备、人工、厂房成本和能源成本的22.76%和53.99%）。
干法工艺对环境更友好，且工艺流程简单更适配大规模生产。NMP（N-甲基吡咯烷酮）溶剂有毒，对环境不友好，且在传统湿法工艺中需要对其进行回收，会消耗大量的能量。干法工艺无需溶剂，在极片涂布环节减少烘烤及溶剂回收环节，工艺流程更简单，设备占地面积更小，更适配极片的大规模生产。
（二）干法工艺提升活性物质压密，能量密度提升20%
干法电极在PTFE原纤化的作用下，较湿法电极可以实现更加平整的形貌，容纳更多的活性物质。由于湿法需要溶剂，在溶剂蒸发后活性物质与导电剂之间会留出更多空隙，空隙导致材料的压实密度不高。干法电极不存在烘干过程，因此不存在溶剂蒸发后留下的空隙，活性材料颗粒之间的以及与导电剂颗粒接触更为紧密，可以做到更大的压实密度，在相同的体积内可以负载更多的活性材料，裂纹、微孔等问题更少。据相关实验验证，磷酸铁锂压实密度可从2.30 g/cm3 提升至3.05g/cm3，提升幅度32.61%；三元材料压实密度可从3.34 g/cm3提升至3.62 g/cm3，提升幅度8.38%。石墨负极压实密度可从1.63 g/cm3提升至1.81 g/com3，提升幅度11.04%。
干法电极厚度极限更大，能适配更多的活性物质，可以提升面容量。干法电极的粘结剂和活性材料干混过程中，粘结剂可以均匀地分布在活性颗粒周围，有效的离子传输有助于具有高比容量厚电极的制造。传统湿法电极涂布厚度极限是160 µm，而干法的厚度区间为30 µm-5 mm，更大的厚度区间也能适配更多样的活性物质。
相同条件下，干法电池能量密度可提升20%。根据Maxwell 的实验数据，干法电极能量密度可以超过300 Wh/kg，且具备实现500 Wh/kg 的可能性。改善电极的压缩密度可以提高电池的体积能量密度，因此干法电极技术也具备实现电池更大能量密度的技术路径。
（三）干法工艺的电池循环性能、耐久度和阻抗等电性能更优
PTFE原纤化后形成的纤维网提升干电极的材料稳定性，进而增强电性能。湿法工艺中，在电池经历500圈循环后，活性颗粒内应力不断积累，导致剖面出现裂纹，最终降低了电池性能。在干法工艺下，纤维网包覆在活性材料表面，在经历500圈的充放电后网状结构保持完整，颗粒表面的裂缝较少，与此同时，原纤化后的网状结构能抑制活性物质体积膨胀，防止颗粒从集流体上脱落，增强了电极的机械强度从而保证了电极的稳定性。
干法电极无溶剂残留发生副反应降低电极性能。干法电极不使用溶剂，可避免出现湿法电极中残留溶剂与电解液发生副反应使电极性能下降问题，如容量降低、产生气体和寿命缩短等。
干法电极不会发生因活性材料沉淀影响与集流体的结合问题。湿法电极在溶剂蒸发过程中，粘合剂和导电剂会随着溶剂上浮偏聚在表面附近，而活性材料会沉淀，导致电极分层，这会损害电极中3D导电网络的构建，并降低活性材料和集流体之间的结合强度。而干法电极无溶剂蒸发，可以实现更高的结合强度。
干法工艺制作的电极电阻低、导电性好。干法电极在制作过程不使用溶剂，黏结剂以纤维状态存在，与活性材料颗粒表面仅为点接触，活性材料周围没有绝缘层，也不存在烘干过程溶剂蒸发后留下空隙，不影响活性材料颗粒间的内部接触，活性材料颗粒之间以及与导电剂颗粒的接触更紧密，电极的导电性能和倍率性能均好于湿法电极。
据相关实验研究，在实验室条件下，干法电池在循环性能上容量保持率高达95%（湿法仅90%）；电池因材料稳定耐久性比湿法高（湿法下粘接剂老化活性颗粒脱落等逐步降低电池的耐久性）；交流阻抗比湿法电池低，干法极片面电阻为4. 66 mΩ，较湿法工艺降低了26%；循环过程产气更少。
（四）干法电极更适配固态、4680等新一代电池
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。
1、与固态电池设计理念类似，更适配固态电池的规模化量产。高能量密度和高安全性是固态电池的最大特点。全固态电池的产业化主要受到固态电解质、界面问题和电极加工的影响。如果能量密度要超过400Wh/kg，在现有的化学体系下，传统的液态电池电极加工技术由于脆性和溶剂敏感性，很难满足相应的厚电极加工要求。干电极制备工艺适用于全固态电池电极的制备，可以避免传统电池电极制备工艺中溶剂与固态电解质相容性等问题。干法电极抛弃传统液态溶剂，在干法技术的赋能下，固态电池的极片制造过程可以实现完全干燥，消除了湿法工艺烘干后溶剂分子的残留问题。
此外，利用粘接剂的原纤化作用制造固体电解质膜，能提升固态电池性能。干法电极成膜无溶剂，提高离子导电率；固态电解质和粘接剂干混成膜无需烘干，制造成本更低，工艺简单，更适配规模化量产。研究表明，PTFE与大多数正极和负极材料相容，与氧化物固体电解质相比，硫化物电解质更容易与活性材料接触。
干法PTFE制备的电极正极材料与电解质接触得更加紧密。由截面可以更直观地看到正极颗粒周围大部分被固态电解质填充，保持了良好的传输通道，有效减缓充放电过程中体积变化造成的正极与电解质之间接触失活。
2、更适配电池的预锂化策略，降低预锂化难度。电池预锂化策略用于缓解电池首周循环的锂离子损失。锂离子会与负极反应形成SEI膜，造成6%-15%的锂离子不可逆损失。主流的预锂化策略为负极预锂化和正极预锂化，以正极预锂策略为例，添加预锂添加剂后，正极锂含量显著增多，有效的弥补了首周充放电过程带来的锂离子损失。湿法工艺的溶剂会与预锂添加剂产生副反应，消耗活性锂，增加电池阻抗削弱预锂效果；而干法工艺无需添加溶剂，干燥的生产环境更适配预锂化策略的需求。因此，干法电极不用考虑预锂材料与溶剂的兼容性，降低预锂化难度。
三、干法电极技术的商业化应用仍面临技术和工程上的挑战
当前国内干电极技术还未完全成熟，大部分研究仍停留在实验室规模，在商业化中仍面临技术和工程上的挑战，需要解决这些技术和工程上的难题，才能在工业化生产中广泛应用。但干电极本身能给电池带来性能上的巨大提升，仍然是极具潜力的工艺迭代方向。目前存在的主要问题有：
1、正负极活性材料颗粒干混并均匀分散导电剂和粘结剂问题。一方面，必须实现混合物中PTFE原纤维的均匀分布。同时，又必须避免损坏活性材料颗粒。
2、干混过程结块等导致工艺条件不稳定问题。干混合物具有结块倾向，混合物不能在容器中储存太长的时间。同样，粉末进料或配料方面也有挑战，一旦在进料或计量装置中对干混合物施加新的剪切力，结果就会增加形成团聚物，这会导致工艺条件不稳定。
3、干混不均匀以及粘接剂含量不足薄膜拉伸撕裂问题。为了可加工为自支撑薄膜，干膜必须具有一定的机械抗拉强度。如果粘结剂无法达到这种拉伸强度，例如由于粘结剂含量非常低，或者由于混合物不均匀性而出现缺陷，则薄膜开裂的风险非常高，特别是对于低于100μm的薄膜，越宽、生产越快的薄膜，相应的工艺步骤和干膜质量就越不稳定。
4、PTFE在低电位下不稳定，会与锂发生不可逆反应。因此应用于负极时会锂化消耗活性锂，降低黏附效果。
以上尤其在正极自支撑膜辊压方面难度很大，特斯拉4680电池量产最多负极能采用干法，正极仍然采用湿法，主要是正极粉体压制到一个特定的厚度时硬度较大，导致了压辊压力超荷，发生位置偏移甚至变形，这成为干法正极工艺的一个大难题。业内探讨的解决的方法，主要有三个方面：
（1）工艺提升。通过高剪切混合搅拌使电极粉体材料中的固态粘结剂树脂纤维化，利用固态粘接剂纤维化后形成三维网络结构，使电极粉体被这种三维网格结构相互交联，采用连续、精确输料之后经过热辊多级压制成自支撑电极膜，随后将电极膜热复合于集流体的两面，最终得到干法电极片。这种三维网络结构的极片可以防止活性物质颗粒在电池充放电循环过程中发生脱落，具有良好的循环稳定性能。
（2）PTFE表面涂覆钝化改性等材料提升。PTFE无法直接应用于干电极，会与负极表面的锂离子反应生成氟化锂，电池中的PTFE含量越高，消耗的锂也越多，降低容量，且会削弱粘合效果。此外，PTFE原纤化后形成的自支撑膜仍会存在活性物质和粘接剂的粘连作用降低的问题，而活性物质的脱落会导致电池内部的电阻增加从而影响电池性能。为此必须对PTFE进行改性，通过在表面涂覆导电碳实现粘接剂的钝化，减弱与锂离子的反映，提高粘接剂稳定性。同时将传统的非原纤化材料（如PVDF、CMC）研磨成为更小粒径的材料，再与PTFE 混合形成新型的粘接剂，更小粒径的粘接剂能实现电极膜活性物质更均匀的分布，与此同时，粒径更小的粘接剂有更强的粘连性。
（3）制造设备装备提升。干法制膜主流的制造设备分为气流粉碎机、螺杆挤出机以及开炼机。通过高速剪切混料纤维化设备将粉末状原料进行充分混合，实现各成分原料的微观混合均匀性及纤维化物质充分均匀地拉丝；通过揉捏挤出设备将已经均匀拉丝并初具团装、快装的物料均匀的边输送边揉捏进一步扩大纤维化物质的粘结作用；最后通过挤出摸头挤出等宽等厚的均匀片状待辊压物料；接下来再进入到高精度的连续辊压设备之后，让电极膜成型时产生“揉”和“搓”的作用得到面密度均匀的自支撑电极膜。
四、干法制膜技术突破方向
（一）设备大型化、集成化、一体化是未来发展趋势
开发新的更高控制精度的干混设备至关重要。干法电极的大规模生产，干混是关键。材料的不同密度和尺寸，使其难以获得均匀的干混物。在低粘结剂含量的前提下增加电极的机械强度，也是加速生产和提高比能量密度的关键，干混过程的具体机制仍需要进一步探索。因此，开发新的干混设备，能够处理具有良好均匀性的干粉，并实现对电极膜厚度的准确控制，对于将成熟的SF技术从实验室和试验规模扩展到大规模生产是至关重要的。尤其辊压设备的迭代，对辊压设备的工作压力、辊压精度以及均匀度提出更高要求。头部辊压设备厂商或率先受益于干法电极对于新型辊压机的迭代需求。头部厂商纳科诺尔在国内辊压机市场市占率第一，有望充分受益行业红利。
干法电极设备集成化一体化发挥的效率和价值量更高。即将加料、混料、纤维化、制膜、辊压、分切、收卷等功能集成在一起，降低流转时间，提高效率及一致性等，设备价值量更高。
特斯拉采用的压延切边一体机的辊压部分类似开炼机。1）在机器的头部放料后，混料会沿着走带方向进入辊筒，由于下游的辊筒转速快于上游，辊缝间形成的高剪切力会对活性物质、导电剂以及粘接剂挤压并混合。2）在原纤化作用下形成的自支撑膜会附着到下游更快的辊筒上并反复压延。3）机器侧边的计量辊可以控制辊筒的转速和温度，而在机器的尾部会设置分切系统，将成型的宽电极膜按要求裁切成窄电极膜。4）双面涂层与集流体复合层压机器是集合正/负电极膜生产、电极膜和集流体层压和极片收卷，本质是压延切边复合一体机。
开发干法电极工艺装备，设备原型必须快速开发并反复修改和调整功能，并且快速集成到中试工厂，不断提高干法工艺的稳定性、一致性和生产效率。
（二）PTFE改性及开发新型粘接剂
Ø对PTFE粘接剂进行改性。传统 PVDF 不适配干电极。干电极制膜主流采用粘接剂原纤化法，而PVDF 无法纤维化，只能应用在非主流的静电喷涂法中。PTFE 聚合分子量较大，可形成更长的原纤维，惰性强抗腐蚀，同时有良好机械性能，综合性能更优，但目前适用于干电极的高端 PTFE 尚未成熟，还不能直接用于干电极。特斯拉专利显示普通 PTFE 无法直接应用于干电极，必须进行改性。如前述，一是通过在PTFE表面涂覆导电碳实现粘接剂的钝化改性，加强活性物质导电能力，提高粘接剂稳定性，抑制电解液等材料的分解等；二是与非原纤化材料混合，降低粒径，改善均匀性，提高粘连性。通过干法制备的固态电解质膜，可取代现有湿法工艺中的隔膜及电解液，从根本上提高电池的安全性、能量密度。
高端PTFE将成为市场需求的蓝海。全面替代湿法电池打开 PTFE需求想象空间。新能源产业在各国发展如火如荼，在储能侧、动力侧以及3C领域的拉动下，预计全球锂电池的需求将以 30%以上的增速逐年增加。锂电池需求的高速增长也将打开干电极以及其粘接剂PTFE的想象空间。干电极技术将带动PTFE需求快速增长，业内人士预测，在干法工艺渗透率逐步提高的背景下，干电极PTFE的需求增速较PVDF能实现4倍的增长。预计2025年干法电极渗透率达到3%，2030年达到15%，2030年干电极PTFE总需求将达到21.91万吨。
目前国内企业生产的PTFE下游应用主要集中于低端塑料产品，高端PTFE主要依靠进口。高端PTFE用于5G通讯以及干电极，当前产能集中于外企如杜邦、大金等。伴随国内氟化工龙头逐步转型布局高端PTFE，在干法电极成熟后龙头企业有望充分享受行业红利。山东东岳是目前国内最大的PTFE生产厂商。山东东岳、中昊晨光、浙江永和、巨化集团是国内排名前四的聚四氟乙烯生产商，行业竞争格局较为稳定。
开发更好的新型粘结剂。不同的干法工艺需要不同的粘结剂。聚合物纤维化可能是最有希望替代传统SC制造的工艺，开发如具有广泛适用的电化学窗口具有良好稳定性的可纤维化聚合物新材料来替代聚四氟乙烯（PTFE），非常值得研究。目前只有PTFE被用于聚合物纤维化，然而它在阳极制造中并不稳定，并且不能用于LFP。一方面，可以开发改进的PTFE变体；另一方面，开发基于PVDF甚至无氟聚合物粘结剂。
（三）石墨烯纳入干法制备电极材料能有效改善电池的性能
在干法制备锂电池电极过程中，石墨烯的应用已经得到了广泛研究和实践。包括纳入或添加进正负极材料、石墨烯氧化物（如氧化石墨烯、石墨烯氧化物复合材料）与其他电极活性材料结合使用，能够有效改善电池的性能，包括提高导电性、增加表面积、改善结构稳定性以及提升充放电速率和循环寿命。一是提升导电性能：石墨烯具有优异的导电性，将石墨烯纳入电极材料中能够显著提高电极的导电性能，减少电阻损耗，提高电极的传导效率。二是增加电极表面积：石墨烯的二维结构赋予其高比表面积的特性，将石墨烯纳入电极材料中能够有效增加电极的可用表面积，提高锂离子在电极材料表面的吸附量，从而提高电池的储能密度。三是改善电极结构稳定性：石墨烯具有优异的机械强度和化学稳定性，能够增强电极的机械支撑性，并且在锂离子的插入/拔出循环过程中减少电极材料的体积膨胀和收缩，提高电极结构的稳定性和循环寿命。四是促进离子传输：石墨烯具有良好的离子扩散性能，能够促进锂离子在电极材料中的快速扩散和传输，提高电极的充放电速率性能。五是改善电池的安全性：由于石墨烯的优异导电性和热稳定性，其添加能够提高电极的热导率和散热性，有助于改善电池的热管理和安全性。
除上述三个方面外，导电剂和干法电极工艺改进优化也很重要：
优化导电添加剂设计，以满足干式涂层的要求。一维结构的CNT或VGCF与纤维化的PTFE形貌类似，可能更适合干法电极。
干法电极工艺开发。重点是干燥混合物的高效和均匀分散性以及粘结剂的充分均匀的纤维化。提高成膜工艺的稳定性和生产效率，降低干膜的裂纹、孔洞、厚度不均匀等缺陷。根据所需的产品成分、面载荷、孔隙率、尺寸等特性，进行广泛的工艺参数研究，以评估工艺-结构-性能关系。
五、干法电极技术研发进展
干法电极最先在电池生产制造领域的应用，是特斯拉。2019年，特斯拉以超55%的溢价，用市值2.35亿美元（折合约15亿元）的股票购入Maxwell，该公司的核心技术即干电极技术。次年，特斯拉便推出4680圆柱电池，称将在全新的圆柱电池体系中应用干电极技术。
据报道，2023年6月，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。
国内锂电装备的企业嘉拓智能，也在加快推进干电极制备工艺的研发与应用。嘉拓智能副总裁周研表示，嘉拓的干法制备探索始于2015年，到成立干法实验室，再到逐步实现主流电池材料成膜验证，围绕干电极制备工艺的成果也相继面世。在干法成膜厚度及均匀控制难点上，嘉拓智能的解决方案是双钢带系统成型和多级辊压。其干电极生产装备，主要包括混料、处理&成膜、减薄、精轧&裁边以及复合收卷。
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也开发了“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。据介绍，其自研的干法工艺可以做到全过程物料可以100%循环再利用。
0 条