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在全固态电池的生产过程中,极片和固态电解质膜的制造工艺占据着重要地位。据外媒报道,今年6月三星SDI正在韩国天安工厂建设的试验生产线“DryEV”上,启动基于干法电极的电池验证工作。该报道称,三星SDI正在考虑将干法电极技术应用于全固态电池,计划将其作为降低制造成本、提升设备效率和量产速度的竞争手段。
据宣称,干法电极是三星SDI为突破传统湿法工艺成本结构、提升制造竞争力而重点研发的一项技术,目前已实现高密度薄膜化、工艺缩短、设备精简和厚膜化的可能,正不断提升量产成熟度。该工艺因不使用溶剂而无需干燥环节,可大幅减少设备能耗。
“干法电极的核心是粘合剂,干法与湿法在材料方面的区别仅在于此。PTFE(聚四氟乙烯)粘合剂在施加一定压力和剪切力时,会像纤维一样拉伸延展。”三星SDI电极片事业部负责人表示,这种纤维结构形成支撑导电材料和活性物质的层状结构,过程中导电材料均匀分散、纤维相互缠绕,使得薄膜化更牢固。
据了解,目前特斯拉、比亚迪、宁德时代、亿纬锂能、LG新能源等众多厂商,也都在积极导入干法电极技术。
当下,全固态电池产业化正进入冲刺阶段。业内机构分析指出,硫化物全固态电池离子电导率高,未来在全固态电池体系中发展潜力大,行业内诸多厂商纷纷聚焦硫化物技术路线。在设备端,硫化物体系聚焦干法制造及成膜工艺,因此干法被视为固态电池量产的一项关键革新工艺。
抢占干法技术高地
目前,国内众多设备厂商也都在积极布局固态电池干法设备,抢占新一轮技术高地。
“公司在固态电池核心工艺方面,比如在电池生产中提质降本的关键点-干法电极技术等方面,已有较深入的研究和积累,拥有相对应的专利布局,并已生产出相关设备。”利元亨表示,该公司第三代干法电极设备采用高通量多辊压延方法,能够适应所有不同化学体系固态电池的干法电极。
据先导智能透露,该公司的固态电池设备及干法电极设备,已经成功进入欧洲、美国、日韩等多个国家和地区的知名汽车与电池企业。赢合科技透露,在固态电池辊压设备方面,该公司推出了第三代干法搅拌纤维化+干法成膜全固态工艺,其开发的固态极片涂覆设备,已成功发货到头部客户。
“公司与清研电子达成战略合作,对干法电极前段工序技术进行产业化、规模化攻关。”宏工科技表示,双方专注于核心部件的生产工艺和成套设备的协同研发,将共同推进干法电极前段工序的研发与市场应用。
据先惠技术透露,该公司与清陶能源合作研发的干法核心设备,目前已成功交付客户,并进入精细调试阶段。科力远表示,该公司为响应下游重要客户的开发需求,主要针对固态电池核心零部件,开展干法电极的技术开发,目前其干法电极的开发工作已顺利完成小试,正在推进中试工作。
除此之外,科恒股份表示,该公司出品的固态电池干法电极设备,已交付客户使用。纳科诺尔表示,将积极配合下游客户,对干法电极生产设备进行调整和优化,以加快推进干法电极工艺的产业化应用速度。高能数造表示,该公司开发了专门用于制备全固态电解质膜的干法技术及相应设备,可实现各种电解质膜的干法连续制备。
产业协同努力
“干法电极作为一种创新的工艺,和传统的湿法工艺的差别,主要是在前道工序的电极制作环节。”业内人士分析指出,干法工艺可以在不使用溶剂的情况下,通过干法混合粘合剂、活性材料和导电剂,然后将其压制在集流体上形成电极。而且,干法工艺减少了与固态电解质发生副反应的风险,提高了电池的安全性和能量密度。
整体而言,与湿法工艺相比,在成本效率、性能提升、结构稳定性和生产适应性等方面,干法电极工艺具有明显的优势。在目前固态电池硫化物、氧化物、聚合物的几个技术路线中,干法工艺和硫化物固态电池的适配性较强,是硫化物全固态电池量产过程的助推利器。
“干法电极抛弃传统液态溶剂,与固态电池设计理念类似。在干法技术的赋能下,固态电池的极片制造过程可实现完全干燥,从而可消除湿法工艺烘干后,溶剂分子的残留问题。同时,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。”国内某设备制造厂商表示。
值得注意的是,虽然干法电极是提高固态电池性能的工艺利器,但要发挥其理想功效并不容易。业内人士指出,干法电极的关键难点在于,混合电极材料粉末的均匀性以及成膜的一致性,因此干法工艺对辊压的精度、均匀度及压实密度的要求会更高。这些仍然需要产业企业协同努力。
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