根據(jù)科技部的中國(guó)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽網(wǎng)站11月8日的公告，2022年全國(guó)顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽初篩結(jié)束，經(jīng)組委會(huì)專家評(píng)定，2851個(gè)有效申報(bào)項(xiàng)目中，僅348個(gè)項(xiàng)目從公開(kāi)海選中脫穎而出，進(jìn)入領(lǐng)域賽。

上海聯(lián)凈公司“干法工藝規(guī)模化制備固態(tài)鋰離子電池電芯技術(shù)”成功入圍！

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干法電極制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在電芯制造生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，干法電極技術(shù)徹底摒棄現(xiàn)有動(dòng)力電池極片制造的濕法涂布和烘干工序，無(wú)需溶劑回收裝置，可將生產(chǎn)成本降低18%，投資成本降低34%以上，電極生產(chǎn)占地減少70%以上。

干法電極制造技術(shù)一旦大規(guī)模投產(chǎn)，必將給動(dòng)力電池行業(yè)將帶來(lái)顛覆性的影響。

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干法電極工藝的難點(diǎn)

從美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院對(duì)特斯拉4680電池拆解的情況來(lái)看，特斯拉已經(jīng)在電池的負(fù)極用上了干法電極工藝，但正極仍然采用傳統(tǒng)的濕法工藝。

今年8月，馬斯克在投資者說(shuō)明會(huì)上提到：“干法正極工藝碰到極大挑戰(zhàn)，在通過(guò)輥壓把正極粉體壓制到一個(gè)特定的厚度時(shí)，就像披薩面團(tuán)一樣被壓扁，但其實(shí)非常硬，這導(dǎo)致壓輥壓力超荷，發(fā)生位置偏移甚至變形，這是我們沒(méi)有預(yù)料到的。”

這說(shuō)明特斯拉還沒(méi)有全面突破干法電極極片制造技術(shù)。

特斯拉在干法正極工藝碰到的難題，早前就已經(jīng)在世界各地尋求多家研究機(jī)構(gòu)為其開(kāi)發(fā)，德國(guó)Fraunhofer就是其中之一。Fraunhofer 是歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，2022年5月，該機(jī)構(gòu)獲得德國(guó)聯(lián)邦教育和研究部（BMBF）370萬(wàn)歐元的資助，用于干法電極技術(shù)的開(kāi)發(fā)，其中最重要一項(xiàng)的開(kāi)發(fā)內(nèi)容就是實(shí)現(xiàn)用于干混合物的精確連續(xù)加料和輸送系統(tǒng)。

2019年諾貝爾獎(jiǎng)得主之一Stan Whittingham向外媒也表示，“我認(rèn)為他（馬斯克）終將解決這個(gè)問(wèn)題，但不會(huì)像他計(jì)劃得那樣快，因?yàn)樵摴に嚾孕枰恍r(shí)間來(lái)測(cè)試?！?/span>

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上海聯(lián)凈已全面突破干法電極技術(shù)

特斯拉在“干法正極”上遇到的難題，上海聯(lián)凈已經(jīng)解決！

1.工藝方面：

通過(guò)高剪切混合攪拌使電極粉體材料中的固態(tài)粘結(jié)劑樹(shù)脂纖維化，利用固態(tài)粘接劑纖維化后形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使電極粉體被這種三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相互交聯(lián)，采用連續(xù)、精確輸料之后，經(jīng)過(guò)熱輥多級(jí)壓制成自支撐電極膜，隨后將電極膜熱復(fù)合于集流體的兩面，最終得到干法電極片。

該工藝可制備出壓實(shí)密度更大、能量密度更高的電極片，這種三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的極片可以防止活性物質(zhì)顆粒在電池充放電循環(huán)過(guò)程中發(fā)生脫落，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。

相對(duì)鋰離子電池現(xiàn)有的涂布和烘干等傳統(tǒng)濕法工藝，本技術(shù)不使用任何溶劑、不需要烘干、也無(wú)須溶劑回收裝置，因此沒(méi)有有機(jī)廢氣排放，能耗也更低。

2.材料方面：

粘接劑采用自行開(kāi)發(fā)的PTFE改性樹(shù)脂，成本大幅低于現(xiàn)有濕法工藝中的PVDF。同時(shí)，還采用自行開(kāi)發(fā)的多級(jí)結(jié)構(gòu)納米材料作為添加劑，防止纖維化后的粉體材料在生產(chǎn)輸送過(guò)程中發(fā)生團(tuán)聚、分層、偏析、架橋。

通過(guò)干法制備的固態(tài)電解質(zhì)膜，可取代現(xiàn)有濕法工藝中的隔膜及電解液，從根本上提高電池的安全性、能量密度。

3.裝備方面：

①開(kāi)發(fā)了一套專用的粉體輸送工藝和裝備，通過(guò)高精度計(jì)量傳感器與控制器對(duì)高黏性絮狀混合粉體進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制，并將閉環(huán)控制分為快速下料階段和精確下料階段，實(shí)現(xiàn)對(duì)高黏性絮狀纖維化混合粉體進(jìn)行高精度輸送需求，在進(jìn)入到精密輥壓設(shè)備之后，得到面密度均勻的自支撐電極膜。

②電極膜成型采用高精度連續(xù)輥壓設(shè)備，壓力逐級(jí)放大，同時(shí)，對(duì)壓的兩輥設(shè)置速差，讓電極膜成型時(shí)產(chǎn)生“揉”和“搓”的作用，以提高成型效果。壓輥的機(jī)械精度控制在±0.001mm以內(nèi)，溫度精度控制在±1℃以內(nèi)，確保經(jīng)過(guò)連續(xù)精密輥壓后的電極膜厚度均勻、強(qiáng)度高、且具有韌性。

GWh級(jí)裝備的設(shè)計(jì)已經(jīng)加緊實(shí)施中......

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干法電極技術(shù)對(duì)鋰電產(chǎn)業(yè)的影響

根據(jù)公開(kāi)的資料，幾大電池企業(yè)已經(jīng)公布的2025年產(chǎn)能規(guī)劃：

寧德時(shí)代：670GWh

比亞迪：600GWh

蜂巢能源：600GWh

中創(chuàng)新航：500GWh

欣旺達(dá)：500GWh

國(guó)軒高科：300GWh

孚能科技：120GWh

......

三年后，國(guó)內(nèi)主要電池企業(yè)規(guī)劃總產(chǎn)能將超過(guò)3000GWh，是2021年的十幾倍。

隨著產(chǎn)能的迅速擴(kuò)張，必然會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、客戶結(jié)構(gòu)、產(chǎn)能利用率、毛利率等方面的分化，尤其是產(chǎn)能利用率?；趧?chuàng)新的產(chǎn)能，才是迎合未來(lái)市場(chǎng)需求的有效產(chǎn)能。

與現(xiàn)有的濕法極片制造技術(shù)相比，采用干法電極技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品，在品質(zhì)、成本方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將對(duì)整個(gè)鋰電池產(chǎn)業(yè)帶來(lái)顛覆性影響：

1. 產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)

首先，由于工藝的改變，徹底省去了濕法的漿料調(diào)配、涂布、烘干工序，生產(chǎn)線長(zhǎng)度可以減少約70%。同時(shí)，不再使用NMP等有機(jī)溶劑，也將粘結(jié)劑PVDF改成了PTFE。因此，現(xiàn)有生產(chǎn)動(dòng)力電池專用PVDF、NMP等材料的工廠將不復(fù)存在，專業(yè)生產(chǎn)動(dòng)力電池漿料設(shè)備、涂布及烘干設(shè)備的企業(yè)也會(huì)遭受致命打擊。

例如，在濕法工藝中，涂布精度非常關(guān)鍵，目前，這部分的設(shè)備仍然以進(jìn)口為主，精密涂布頭更是一種“卡脖子”的技術(shù)。又如，作為粘結(jié)劑的PVDF，國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)，但總體上品質(zhì)與國(guó)外有差距。如采用干法電極工藝，則國(guó)內(nèi)企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)“換道超車(chē)”，在新賽道上越過(guò)技術(shù)瓶頸。

NMP等有機(jī)溶劑不再使用、能耗的大幅度降低，也非常契合國(guó)家“低碳、節(jié)能”的要求，而此類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)，也將面臨巨大的經(jīng)營(yíng)壓力。

采用干法電極工藝電極制備的新建產(chǎn)線可大幅降低投資成本。按未來(lái)三年新增產(chǎn)能3000GWh計(jì)算，可降低投資成本約￥3000億。

2. 市場(chǎng)格局重構(gòu)

由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，動(dòng)力電池行業(yè)的毛利率普遍低于15%，大部分企業(yè)面臨生存困境。

干法電極技術(shù)可以帶來(lái)約18%的成本下降。以2021年動(dòng)力電池裝機(jī)量292.13GWh計(jì)，單位成本約￥0.7/Wh，如果全部采用干法電極則可降低成本約￥400億。

率先掌握了干法電極工藝的電池企業(yè)，將擁有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，可進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)份額。

而那些還沒(méi)有掌握此項(xiàng)技術(shù)的企業(yè)，其盈利能力將大幅降低，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力明顯下降，甚至面臨生死考驗(yàn)，遭受毀滅性打擊。

3. 電池制造技術(shù)革命

采用干法電極工藝，可以將極片的壓實(shí)密度大幅度提高，這將有利于提升電池能量密度，促進(jìn)現(xiàn)有電池企業(yè)技術(shù)升級(jí)迭代。

同時(shí)，這也是未來(lái)固態(tài)電池理想的工藝路線。因此，掌握了干法電極技術(shù)，就可以在未來(lái)固態(tài)電池競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。

由于干法電極的厚度可以做到3mm以上，遠(yuǎn)超濕法電極，因此，其應(yīng)用范圍大大拓展，不但適用于3C電池、動(dòng)力電池，也適用于儲(chǔ)能電池。

在即將到來(lái)的TWh時(shí)代，干法電極極片制造技術(shù)是動(dòng)力電池重要的工藝創(chuàng)新。

同時(shí)，掌握了干法電極技術(shù)，可以在未來(lái)固態(tài)動(dòng)力電池競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。

上海聯(lián)凈期待與合作伙伴們攜手，共同推進(jìn)動(dòng)力電池科技研發(fā)，加速實(shí)現(xiàn)鋰電極片從濕法到干法、電解質(zhì)從液態(tài)到固態(tài)的工業(yè)化進(jìn)程。