干法電極“產(chǎn)業(yè)化”進(jìn)展追蹤

在全球鋰電池制造領(lǐng)域，干法工藝正逐漸成為新一代工藝路線的關(guān)注焦點(diǎn)。憑借在環(huán)保、降本和技術(shù)適配性上的優(yōu)勢(shì)，干法工藝展示了顛覆傳統(tǒng)濕法制造的潛力。從核心技術(shù)路徑到設(shè)備企業(yè)的工程化實(shí)踐，干法工藝的突破與挑戰(zhàn)，正成為產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同聚焦的話題。

干法電極技術(shù)最突出的價(jià)值在于其對(duì)環(huán)保法規(guī)的響應(yīng)能力和顯著的成本優(yōu)勢(shì)。在歐美日益嚴(yán)格的環(huán)保政策下，鋰電制造必須減少對(duì)NMP等有毒溶劑的依賴，而干法工藝以無(wú)溶劑制備方式，滿足了這一需求。

同時(shí)，免除傳統(tǒng)濕法工藝中占總成本50%-60%的烘干和溶劑回收環(huán)節(jié)，干法技術(shù)顯著降低了設(shè)備投資和能耗成本。據(jù)LG新能源估算，干法工藝可使制造成本降低17%-30%。

技術(shù)適配性也成為干法工藝嶄露頭角的關(guān)鍵因素。干法電極在壓實(shí)密度、孔隙率及固固界面性能上具備顯著優(yōu)勢(shì)，與固態(tài)電池和大圓柱電池技術(shù)天然協(xié)同。實(shí)驗(yàn)顯示，干法電極的壓實(shí)密度相比濕法提升可達(dá)8%-32%，可對(duì)應(yīng)20%的能量密度提高。這些特性使得干法工藝成為行業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向。

目前，干法工藝的技術(shù)實(shí)現(xiàn)主要圍繞兩條路線展開：

以特斯拉所收購(gòu)Maxwell為代表的粘結(jié)劑原纖化法，通過(guò)高剪切力將粘結(jié)劑纖維化，使其將活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑緊密結(jié)合，形成具有強(qiáng)度的自支撐電極膜。這一工藝對(duì)設(shè)備的剪切力和溫控能力要求極高，核心設(shè)備包括氣流粉碎機(jī)、螺桿擠出機(jī)和強(qiáng)力混合機(jī)。

日本豐田、美國(guó)AMB所推崇的靜電噴涂法，主要利用帶電粉末在電場(chǎng)作用下均勻沉積至集流體上，再通過(guò)熱壓使粘結(jié)劑融化固定、擠壓成自支撐膜。盡管靜電噴涂法在技術(shù)成熟度上較高，但其在粉末厚度控制和均勻性方面存在更多局限性，其制備的電極膜在耐久性和柔韌性上不及原纖化法。

行業(yè)普遍認(rèn)為，粘結(jié)劑原纖化法在性能穩(wěn)定性和可加工性上表現(xiàn)更優(yōu)，逐漸成為主流路線。

但目前，干法工藝尚未完全成熟。主要的挑戰(zhàn)包括混料均勻性、自支撐膜成型的穩(wěn)定性、連續(xù)制造的效率，以及與濕法電極的成本競(jìng)爭(zhēng)力。設(shè)備企業(yè)在這些關(guān)鍵領(lǐng)域的創(chuàng)新與突破成為解決問(wèn)題的重要力量。

另有固態(tài)電池端企業(yè)指出，干法工藝所需設(shè)備將帶動(dòng)前段設(shè)備價(jià)值量占比翻倍提升，直面挑戰(zhàn)、提前布局企業(yè)也將優(yōu)先卡位，鎖定更大的市場(chǎng)空間。

在2024高工鋰電年會(huì)上，曼恩斯特、利元亨、嘉拓智能、清研納科、華彩科技等設(shè)備企業(yè)圍繞干法工藝的混料、成型、輥壓與規(guī)模化生產(chǎn)四個(gè)核心環(huán)節(jié)，提出了技術(shù)突破方案，展示了協(xié)同創(chuàng)新的潛力。

曼恩斯特分享了在混料環(huán)節(jié)的設(shè)備優(yōu)化策略。通過(guò)采用先進(jìn)的攪拌和分散技術(shù)，公司實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料混合比例的精準(zhǔn)控制，確保電極材料的均勻性，同時(shí)設(shè)備的密封性設(shè)計(jì)有效防止了污染和氧化。公司開發(fā)的強(qiáng)力混合機(jī)和VC高效混合機(jī)，通過(guò)集成預(yù)混合與纖維化功能，提供氣氛保護(hù)（如充氮）和溫控能力，有效提升了材料制備的效率和性能穩(wěn)定性。

造粒環(huán)節(jié)，曼恩斯特強(qiáng)調(diào)，設(shè)備需滿足喂料的連續(xù)性和粒徑可調(diào)性，避免粉碎過(guò)程中的溫升以保持材料化學(xué)特性。為保證制備過(guò)程的安全性，接觸材料的設(shè)備部件進(jìn)行了陶瓷化處理，從源頭避免金屬異物的引入。

在自支撐膜成型環(huán)節(jié)，曼恩斯特通過(guò)陶瓷雙螺桿擠出機(jī)實(shí)現(xiàn)纖維化工藝的突破。該設(shè)備采用耐磨陶瓷元件，避免異物引入，同時(shí)降低摩擦損耗，其設(shè)計(jì)有效減少設(shè)備占地并優(yōu)化維護(hù)成本。

華彩科技同樣引入雙螺桿擠出機(jī)，展現(xiàn)了較傳統(tǒng)氣流粉碎機(jī)和包覆機(jī)更顯著的優(yōu)勢(shì)，包括提高壓實(shí)密度、膜片張力及降低極片面電阻。同時(shí)，該技術(shù)還能減少裁邊損耗，提升成膜良品率。其干法制備的負(fù)極自支撐膜片厚度可減薄至60μm，進(jìn)一步優(yōu)化了膜片的壓實(shí)性能。

通過(guò)螺桿配置與精準(zhǔn)溫控，華彩實(shí)現(xiàn)了不同粒徑三元、石墨的優(yōu)質(zhì)纖維化和均勻混合，克服了包覆機(jī)溫控不足、剪切力過(guò)高等缺陷。公司提出，在干法制備中，擠出溫度控制在100–120℃，高固含條件下可控至50–60℃，可確保纖維化效果穩(wěn)定。

針對(duì)磷酸鐵鋰等D50粒徑較小的材料，華彩開發(fā)了高固含干法電極制備工藝。通過(guò)雙螺桿擠出直接成膜，膜片僅需兩次減薄即可達(dá)到自支撐強(qiáng)度，后續(xù)與集流體復(fù)合并經(jīng)干燥處理完成制備。

在干法電極制備中，輥壓工藝是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其核心目標(biāo)是將膜片厚度減薄至滿足疊片或連續(xù)收卷需求，同時(shí)提升膜片的張力與強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

干法電極在超薄及超厚制備方面均有技術(shù)瓶頸。清研納科指出，現(xiàn)階段干法電極的優(yōu)勢(shì)集中于100–300μm的厚度范圍，而濕法電極則在更薄的制備需求上具備成熟優(yōu)勢(shì)，部分應(yīng)用中選擇負(fù)極干法與正極濕法的混合工藝進(jìn)行匹配。清研納科目前能夠?qū)崿F(xiàn)的是27μm干法電極極片的制備，且經(jīng)過(guò)輥壓后可進(jìn)一步提高壓實(shí)密度。

利元亨針對(duì)更薄鋰金屬負(fù)極制備，開發(fā)了多輥壓延設(shè)備，通過(guò)精確張力控制與厚度調(diào)節(jié)，為高性能電極制備提供了可能。

嘉拓智能研發(fā)的鋰負(fù)極輥壓設(shè)備已突破至20μm鋰金屬負(fù)極厚度，并向15μm持續(xù)優(yōu)化，其認(rèn)為成膜與減薄分段處理能有效控制張力，并通過(guò)復(fù)合工藝進(jìn)一步優(yōu)化極片性能。

針對(duì)干法電極工藝規(guī)?；奶魬?zhàn)，清研納科還重點(diǎn)突破了高速制備與粘結(jié)劑含量控制等。公司提出，干法工藝中，由于缺乏溶劑助推，粉體需具備類似液體的流動(dòng)性，才能確保在高速成膜過(guò)程中實(shí)現(xiàn)物料均勻性和成膜穩(wěn)定性。目前目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)負(fù)極大于80m/min的雙面復(fù)合成膜速度，正極速度達(dá)到50m/min，才能接近濕法電極的生產(chǎn)效率（雙面濕法速度可達(dá)160m/min）。

粘結(jié)劑含量的減少是干法電極的技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)需保證足夠的膜片強(qiáng)度以適應(yīng)高速連續(xù)制備。清研納科的目標(biāo)是將負(fù)極粘結(jié)劑控制至0.7%，正極粘結(jié)劑含量低于1.5%，以在干法工藝中實(shí)現(xiàn)更高效的低成本成膜性能。

清研納科2012年起探索粉體成膜技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)臥式雙連軋向臥式多輥（4輥-20輥）連軋裝備的迭代，支持不同產(chǎn)線需求，包括量產(chǎn)GWh級(jí)產(chǎn)能的裝備。

2024年，清研納科建成首條鋰電池用干法電極全自動(dòng)化貫通線。接下來(lái)，公司將聚焦干法制片的工藝穩(wěn)定性及成本優(yōu)化，將于2025年10月籌建國(guó)內(nèi)首條GWh鋰電干法電極自動(dòng)化產(chǎn)線，裝備上實(shí)現(xiàn)1000mm幅寬、80m/min的機(jī)型規(guī)模化量產(chǎn)。

干法工藝的產(chǎn)業(yè)化不僅依賴于設(shè)備的技術(shù)突破，還需與材料研發(fā)形成協(xié)同創(chuàng)新。

電池企業(yè)超威集團(tuán)提出，在干法工藝的設(shè)計(jì)中，材料配方的調(diào)整，能夠優(yōu)先保障成膜的均勻性和連續(xù)性，同時(shí)通過(guò)改性導(dǎo)電劑提高材料分散性。未來(lái)固態(tài)電池中的干法電極體系需要沿用液態(tài)電池的供應(yīng)鏈協(xié)作模式，即設(shè)備與材料企業(yè)共同開發(fā)改性材料和工藝，設(shè)備企業(yè)根據(jù)材料物化指標(biāo)進(jìn)行定制化優(yōu)化，通過(guò)不斷調(diào)整工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)最佳適配，才能推動(dòng)干法工藝的全面落地。

嘉拓智能作為璞泰來(lái)旗下的自動(dòng)化裝備業(yè)務(wù)平臺(tái)，依托璞泰來(lái)在負(fù)極材料、涂覆隔膜、涂覆材料、粘結(jié)劑上的全方位布局，已經(jīng)成為固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)中“技術(shù)+協(xié)同”共振的有效示范。