干法電極“產(chǎn)業(yè)化”進展追蹤

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。憑借在環(huán)保、降本和技術(shù)適配性上的優(yōu)勢，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)最突出的價值在于其對環(huán)保法規(guī)的響應(yīng)能力和顯著的成本優(yōu)勢。在歐美日益嚴格的環(huán)保政策下，鋰電制造必須減少對NMP等有毒溶劑的依賴，而干法工藝以無溶劑制備方式，滿足了這一需求。

同時，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。干法電極在壓實密度、孔隙率及固固界面性能上具備顯著優(yōu)勢，與固態(tài)電池和大圓柱電池技術(shù)天然協(xié)同。實驗顯示，干法電極的壓實密度相比濕法提升可達8%-32%，可對應(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)實現(xiàn)主要圍繞兩條路線展開：

以特斯拉所收購Maxwell為代表的粘結(jié)劑原纖化法，通過高剪切力將粘結(jié)劑纖維化，使其將活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑緊密結(jié)合，形成具有強度的自支撐電極膜。這一工藝對設(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、螺桿擠出機和強力混合機。

日本豐田、美國AMB所推崇的靜電噴涂法，主要利用帶電粉末在電場作用下均勻沉積至集流體上，再通過熱壓使粘結(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爭力。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)備將帶動前段設(shè)備價值量占比翻倍提升，直面挑戰(zhàn)、提前布局企業(yè)也將優(yōu)先卡位，鎖定更大的市場空間。

在2024高工鋰電年會上，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。通過采用先進的攪拌和分散技術(shù)，公司實現(xiàn)了對材料混合比例的精準(zhǔn)控制，確保電極材料的均勻性，同時設(shè)備的密封性設(shè)計有效防止了污染和氧化。公司開發(fā)的強力混合機和VC高效混合機，通過集成預(yù)混合與纖維化功能，提供氣氛保護（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，避免粉碎過程中的溫升以保持材料化學(xué)特性。為保證制備過程的安全性，接觸材料的設(shè)備部件進行了陶瓷化處理，從源頭避免金屬異物的引入。

在自支撐膜成型環(huán)節(jié)，曼恩斯特通過陶瓷雙螺桿擠出機實現(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，同時降低摩擦損耗，其設(shè)計有效減少設(shè)備占地并優(yōu)化維護成本。

華彩科技同樣引入雙螺桿擠出機，展現(xiàn)了較傳統(tǒng)氣流粉碎機和包覆機更顯著的優(yōu)勢，包括提高壓實密度、膜片張力及降低極片面電阻。同時，該技術(shù)還能減少裁邊損耗，提升成膜良品率。其干法制備的負極自支撐膜片厚度可減薄至60μm，進一步優(yōu)化了膜片的壓實性能。

通過螺桿配置與精準(zhǔn)溫控，華彩實現(xiàn)了不同粒徑三元、石墨的優(yōu)質(zhì)纖維化和均勻混合，克服了包覆機溫控不足、剪切力過高等缺陷。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。通過雙螺桿擠出直接成膜，膜片僅需兩次減薄即可達到自支撐強度，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，同時提升膜片的張力與強度，實現(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，部分應(yīng)用中選擇負極干法與正極濕法的混合工藝進行匹配。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)過輥壓后可進一步提高壓實密度。

利元亨針對更薄鋰金屬負極制備，開發(fā)了多輥壓延設(shè)備，通過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)的鋰負極輥壓設(shè)備已突破至20μm鋰金屬負極厚度，并向15μm持續(xù)優(yōu)化，其認為成膜與減薄分段處理能有效控制張力，并通過復(fù)合工藝進一步優(yōu)化極片性能。

針對干法電極工藝規(guī)?；奶魬?zhàn)，清研納科還重點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性，才能確保在高速成膜過程中實現(xiàn)物料均勻性和成膜穩(wěn)定性。目前目標(biāo)是實現(xiàn)負極大于80m/min的雙面復(fù)合成膜速度，正極速度達到50m/min，才能接近濕法電極的生產(chǎn)效率（雙面濕法速度可達160m/min）。

粘結(jié)劑含量的減少是干法電極的技術(shù)難點，同時需保證足夠的膜片強度以適應(yīng)高速連續(xù)制備。清研納科的目標(biāo)是將負極粘結(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化貫通線。接下來，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月籌建國內(nèi)首條GWh鋰電干法電極自動化產(chǎn)線，裝備上實現(xiàn)1000mm幅寬、80m/min的機型規(guī)?；慨a(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)超威集團提出，在干法工藝的設(shè)計中，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，同時通過改性導(dǎo)電劑提高材料分散性。未來固態(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)進行定制化優(yōu)化，通過不斷調(diào)整工藝參數(shù)實現(xiàn)最佳適配，才能推動干法工藝的全面落地。

嘉拓智能作為璞泰來旗下的自動化裝備業(yè)務(wù)平臺，依托璞泰來在負極材料、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)化推進中“技術(shù)+協(xié)同”共振的有效示范。