会议倒计时11天
2024高工新能源新材料产业大会
主办单位：高工锂电、高工储能、高工钠电、高工产业研究院（GGII）
承办单位：成都市投资促进局 邛崃市人民政府 璞泰来
总冠名：英联复合集流体
会议时间：2024年8月7-8日
会议地点：四川邛崃·羊安新城戴斯温德姆酒店
本周，特斯拉在最新财报电话会议上宣布，其应用了干法正、负极工艺的4680电池已开始装配Cybertruck进行验证，并首次提出了Q4实现干法正极量产的目标。
这意味着特斯拉干法电极已完成设计冻结、进入量产验证阶段，其大圆柱电池也终于离低成本、低能耗的大规模制造也更近一步。
以2019年收购Maxwell为节点，特斯拉早于2021年便实现了基于石墨材料的干法负极成熟制备。但干法正极的制备则不那么顺利。大圆柱需要搭载三元正极材料方可实现高能量密度，但镍、钴等金属粉体硬度极高，对压实力度、精度以及辊压一致性都带来极大挑战。
从公开信息来看，近年来特斯拉先后将其干法电极设备供应商从德国SACMI更换成韩国PNT。前者的辊压设备在压实力度上有一定优势，后者则更强调产线效率，已经完成了第一批干法设备的生产。可以看出特斯拉干法正极的制备正朝着提高生产效率的阶段演进。
结合国内设备厂商在干法电极工艺迭代上的规划与进展来看，我们或许能够进一步拼凑出该技术发展的细节、并观察其进入产业化应用的确定性。
目前，干法电极的制备以粘接剂原纤化为主流方法，包括粉料混合、纤维化、辊压成型三大关键环节。
首先，干法电极制备需要将活性材料、粘结剂（PTFE）和添加剂（导电剂等）的干燥粉体进行混合。
据了解，该环节的主要挑战来自PTFE，其一次粉末直径大，需被破碎成更小粒径的颗粒，才能提高分布一致性；对温度敏感，不同温度下具备不同的机械性能，需精细控制粉料混合时的温度，确保在破碎混合的环节不提前产生纤维化，方可实现粘结剂的有效分布。
对此，先导干法电极高效混料机采用创新结构设计，可实现材料的高效混合与分散；先导干法粉体综合测试仪搭载自主研发的专用测试分析软件，可满足客户在配方开发、材料测评、工艺验证及质量评价等多场景的检测需求。
尚水智能提出低温高线速混合的策略，通过将温度控制在15℃以下低温、并对PTFE以薄膜形态包覆在颗粒表面，来降低PTFE纤维化难度、提升纤维化一致性。
理奇智能则主要基于在犁刀搅拌结构上的改进，来提高多种粉料批次混合的均匀度；采用精准控温系统，将温控精度控制在0.5℃以内，为后续压延密度一致性提供保障。
值得注意的是，出于保证活性物质之间的接触、降低电池内阻，减少混合物结块，提高电池能量密度和循环稳定性、降低生产成本等综合考虑，设备厂商还需考虑如何控制PTFE的含量。目前，业内大多将PTFE含量控制在2%以内。
其次在纤维化环节，也就是自支撑膜形成的环节，面临的难点有两个，一是不同材料PTFE纤维化差异大，需匹配不同工艺；二是纤维化过程阻力大，易成团，纤维化程度不均一。
理奇智能针对干法正、负极的制备采取了不同的策略。对于干法负极，公司采用气流粉碎机，基于高速撞击粉碎的原理来缩短纤维化时间，粘结剂经过多次撞击可被剪切成均匀丝状。对于干法正极，公司则采用高速混合机，通过对桨叶进行特殊设计，保证物料在最佳混合涡流下，提高均匀性和纤维化效果。
此外，理奇智能还专门开发出均质机，旨在将纤维化后的粘性混合料再次混捏成均匀小团，以避免材料分层，提高产品一致性。
最后也是最关键的辊压环节，干法电极制造对辊压设备的压实力度、辊压精度、均匀度等提出更高要求。
尤其是干法正极，正极粉体材料容易掉落，需要更大外部压力来抵消粉末间的复合力。国内干法电极设备工作压力普遍可达到50T以上，纳科诺尔干法电极设备最大可达到70T。
理奇智能则在辊压精度控制上提出了综合策略，其干法压延机产品主要在位移精度、驱动精度、辊面温度三大方面进行突破。其中基于高精度电液私服系统和智能生命周期检测功能，可将重复定位精度控制在1μm以内；通过将减速机与刚性联轴器直联，并采用进口高精度减速电机，回转间隙可达1弧分的精度；将背辊与工作辊组合、温度补偿，可将辊面温度分布控制在0.2度以内。
此外，基于多辊连轧设计、一次性完成较宽幅面的电极材料的辊压，是国内设备厂商提高生产效率和辊压均匀度的有效方法。如纳科诺尔干法电极成型覆合一体机融合了8辊连轧设计，可实现450mm辊压宽度，速度也高达50m/min。
嘉拓智能亦推出了对辊/多辊干法电极辊压设备，其膜宽＞1000mm，膜片张力≥4N，辊子可独立驱动，转速、压力可独立控制，并实现闭环控制辊缝、成膜厚度、压实密度。
在上述三大环节的基础上，以辊切一体机为代表，干法电极设备大型化、集成化的趋势已经显现。核心目的有两个，一是降低极片在设备间的流转时间，减少掉粉，提高产品一致性的同时也提高制作效率；二是便于更充分地检测极片厚度、压延均匀性等指标，最终提高产品良率。
先导干法成膜复合一体机可实现间隙双面同步复合，连续成膜，高效生产，且由于搭载高刚性高精度辊压系统，设备可达到1μm以内的辊跳动，实现成膜的高度一致性，温度均匀性≤±0.5℃。
曼恩斯特400型干法复合制膜一体机，采用多辊并排连轧技术，创新采用单螺杆挤出机与渐变截面模头配合方式，可以精确调节压辊辊缝间隙、压力及温度，实现粉体混合物高效、连续、均匀挤出成型，以及膜片的多级压延成型;集放卷、复合及收卷功能于一体，实现集流体与膜片的高效复合。参数上可实现面密度精度误差±1%、厚度精度±2μm、压辊压力最大50T、辊压速度最快高达65m/min。
纳科诺尔干法电极成型覆合一体机，可实现电极膜成型以及电极膜与集流体复合的一体化。另融合伺服辊缝控制、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多项创新技术，最终可将温度精度控制在1℃以内、精度控制在1.5μm以内。
另据不完全梳理，曼恩斯特、尚水智能、嘉拓智能、纳科诺尔、理奇智能等都已具备干法电极整线方案的规划能力。
据嘉拓智能介绍，公司已开展KATOP干法实验室，在混料阶段研发出高速粉碎机、密炼机、气流磨、流化床、干法搅拌机；在压延阶段，推出了开炼机、对辊机、三辊辊压机、双钢带成膜机。嘉拓智能干法电极整线流程解决方案，可在全流程生产工艺中实现均匀混料、物料纤维化、连续成膜，并保证膜片厚度与一致性。
另有公司列出其干法电极整线的迭代方向：今年10月完成自动化中试线，干法极极片产能达40m/min，干法正极极片产能达25-30m/min，对应极片宽幅为450mm；2025年中期完成自动化量产线搭建，干法负极极片产能达70m/min，干法正极极片产能达40m/min，对应极片宽幅为900mm。
利元亨也已于今年5月宣布，拥有完全自主知识产权的干法电极核心装备项目已开发成功，并已申请并获得多项发明专利和实用新型专利。由此，该公司已具备了生产固态电池的整线装备研发与制造能力。
据了解，目前至少已有两家企业的干法电极辊压设备获取订单，进入商业化阶段。
纳科诺尔于7月宣布，已与国内某头部客户正式签订设备采购合同，其干法电极成膜覆合机正式进入实际应用阶段。与此同时，纳科诺尔的联营企业清研纳科也与多家客户达成合作协议，将向客户交付干法电极设备。
另据高工锂电了解，已有设备企业已将干法电极辊压设备出货至美国，客户与特斯拉在干法电极上存在合作关系。
干法电极工艺设备已开启产业化，接下来还将提供从混料至极片成型的整段产线解决方案，无论是应用于大圆柱还是固态电池，干法工艺作为接下来锂电生产工艺主流发展方向的趋势已经确定。
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