电池干燥过程如何变得更容易

当科技让重构制造逻辑成为可能，装备成为产业活力之源。在锂电池制造的前端，变化悄然发生。一些公司正在寻找一种简化电极制备的方法，并开始尝试用干法制备极片。

在将干电极技术应用于正负极材料的过程中，不仅可以节省溶剂，还可以增强电极片的性能优势，而且由于工艺简化，设备投资较少。2019年，特斯拉以超55%的溢价，以2.35亿美元的市值收购了Maxwell。公司的核心技术是干电极技术。次年，特斯拉推出了4680圆柱电池，称将把干电极技术应用到新型圆柱电池系统中。

相比之下，干法与湿法在产业化上还有差距。今年早些时候，特斯拉生产了第 100 万块4680 电池。4680圆柱电池产业化正在席卷而来，攻克干电极技术难关迫在眉睫。

 

电池极片的制备——干法VS湿法

在锂电池制造的前期，湿法电极制备工艺非常成熟，混料、涂布、干燥、NMP回收、压延，电极片由干到湿再到干。湿法工艺相对简单。在“湿润”状态的支持下，浆料流动性好，气泡少。

简单的操作大大提高了极片制备效率，为动力电池迈向太瓦时时代奠定了坚实的基础。与湿法相比，干法的创新有四大优势：

• 简化生产流程

干法制备极片的核心在于去湿。干法不使用粘合剂和溶剂，简化了湿法中的制浆、涂层干燥和溶剂回收过程。

• 提高能量密度

干法制备的电极可以具有更高的压实密度，容纳更多的活性物质。而且，在逐渐弃去溶剂的过程中，负极材料的融合更好，有利于负极补锂，减少首循环容量的损失。目前干电极的能量密度超过300Wh/kg，远期可达500Wh/kg。

• 适配电池系统

动力电池材料体系逐步向高镍掺硅方向发展。干电极技术不仅可以减弱湿度对高镍正极性能的影响，而且对硅基负极具有更强的抗膨胀能力。

• 延长使用寿命

由于不使用粘合剂，大大提高了电池的使用寿命。

 

走向极简干法的可能性

对比两种方法，现阶段极片湿法制备工艺已经成熟。干式批量生产有可能成为极简主义。干电极制备的愿景是美好的：更小的厂房和设备面积、更少的能源消耗、更低的电池成本，但在商业应用中实现去湿并不容易。

1991年，索尼探索了湿法商业化应用，如今湿法成为电极制备的主流，恰恰避免了干法制备可行性差、效率低、一致性差的问题。然而，应该看到，干电极制备正在发生变化。行业内4680缸产业化快速推进。此时，既要扩大规模，又要升级工艺。

控制干膜形成的厚度

针对干法成膜厚度难以均匀控制的问题，解决方案是双钢带系统成型，多段轧制。

双钢带系统

双钢带卷制技术实现了干法电极自支撑膜的制造。钢带系统可作为自立电极膜的载体，减少卷对卷制造和高速移动过程中电极膜断裂现象。

多级轧制

将粉末通过压延技术压延成厚膜，再经反复热压后卷绕或与集电体复合，确保薄膜减薄至规定厚度并提高压实密度，无需连续带材。

干电极技术的未来可期。随着干电极技术的发展，电极的能量密度可以提高到500Wh/kg，电池的能量密度将在2年左右的时间内提高25%，同时成本将持续下降10%，突破三元锂电池能量密度瓶颈。

 

干电极的优势与挑战

干电极的主要优点是：一是成本优势。电极制造过程中的涂层、干燥和溶剂占电极制造成本的48%以上。考虑到总材料成本和电池制造工艺，整个电极制造涂层、干燥和溶剂回收步骤占总成本的19.56%。

同时改善电极性能，降低电极孔隙率，有效增加电极厚度，提高电池能量密度，增加电极强度，通过降低电极强度，提高电极倍率性能。非活性成分。

干法电极面临的主要挑战有：一是粘合剂在不同工艺中对干法电极的作用机理尚未充分研究，粘合剂筛选研究加快。对不同的工艺要充分研究，特别是要充分论证不同粘结剂与不同材料的匹配。

其次，干电极在长期循环过程中的变化尚未得到充分研究。应该充分了解循环过程中干法制备的电极的演变。第三，需要讨论干电极的规模化生产效率。目前，干法电极混合和大批量薄膜生产的均匀性仍需不断提高。