4680、固态电池的理想工艺，干法电极产业化“加速”

2023-05-23 15:59
来源：电池中国

摘要：干法电极在降低电池成本，提升电池性能上有着湿法工艺无可比拟的优势，被认为是半固态、全固态和46系列大圆柱电池的理想工艺。

2020年，4680全极耳大圆柱的出现，将干法电极技术带入大众的视野。作为4680大圆柱电池核心潜力技术之一，干法电极与全极耳、高镍高硅和CTC集成技术并列为46系列四大革新技术。干法电极在降低电池成本，提升电池性能上有着湿法工艺无可比拟的优势，被认为是半固态、全固态和46系列大圆柱电池的理想工艺。

近日，纳科诺尔联合清研电子在CIBF上推出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，将干法电极技术从“理想照进现实”，率先开启干法电极产业化进程。

基于对锂电装备制造降本、提升一致性、可靠性和效率的设计理念，干法电极成型覆合一体机在多个维度实现了创新。

以纳科诺尔为代表的中国锂电装备企业率先完成干法电极的装备制造和产品应用，背后是经过十多年的发展，中国在整个电池前瞻技术创新、验证、工艺研发、装备设计等方面具备了完善的体系，在新工艺、新技术、新产品开发和验证方面具备了一定优势。

干法电极制造技术，锂离子电池工艺的“圣杯”

在现有锂电池制造中，极片环节主要是采用湿法工艺，就是将活性物、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。

传统湿法工艺中要使用到NMP（N-甲基吡咯烷酮）溶剂，该溶剂有毒，对环境不友好，需要对其进行回收，消耗大量的能量。此外，传统湿法工艺中，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%。

区别于湿法工艺，干法工艺则不需要溶剂，直接将电极材料粉末压到金属集流体上形成电极。与湿法相比，干法电极制造技术不需要大量的工厂占地面积来干燥溶剂，极大地降低了工厂所需的资本、人力支出，同时对环境更加友好，且更适配大规模生产。

有机构测算，采用干法工艺，相较于湿法，可将生产成本降低18%，投资成本降低34%以上，电极生产占地减少70%以上。这也难怪干法电极是降低锂电池生产成本的关键之一。

在电池性能上，干法电池可以实现更高的能量密度，电池的电性能和机械性能均更优；

在应用端，干法电池更适配固态电池、4680等新一代电池的制造需求。

然而，相对于湿法，干法电极成膜的均匀度和一致性更难控制，而电动汽车电池的电极比超级电容器的电极更大更厚，生产的难度更高。因而，干法电极技术，也被认为是锂离子电池工艺的“圣杯”。

纳科诺尔干法电极装备技术突破产业化在即

出于提升电池安全、能量密度、循环寿命和降本的追求，目前包括电池、整车、装备和材料企业都在积极布局干法电极产线和工艺装备的研发，干法电极技术产业化正加速到来。

正如前述所言，相较湿法工艺，干法电极工艺对辊压设备的工作压力、辊压精度和均匀度要求更高，且干法电极工艺复杂，需要经过多次成型，电极膜、集流体分开收放卷再集合，生产效率、设备投资和占地面积都有较大的提升空间。

基于干法电极技术和工艺设备创新，以及提升锂电制造效率、持续降低干法设备成本，发挥干法工艺优势，让长板更长的需求，纳科诺尔联合清研电子，从干法电极材料技术，到工艺创新，再到设备集成进行了前沿设计，推出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，不仅可以简化设备，减少设备的占地面积，而且可以提高生产效率，降低生产成本。

据介绍，纳科诺尔干法电极成型覆合一体机融合了8辊连轧设计、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创新工艺和技术，其辊压宽度可达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，处于行业领先水平。