根據(jù)科技部的中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽網(wǎng)站11月8日的公告，2022年全國顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽初篩結(jié)束，經(jīng)組委會專家評定，2851個有效申報項目中，僅348個項目從公開海選中脫穎而出，進入領(lǐng)域賽。

上海聯(lián)凈公司“干法工藝規(guī)?；苽涔虘B(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

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)有動力電池極片制造的濕法涂布和烘干工序，無需溶劑回收裝置，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)，必將給動力電池行業(yè)將帶來顛覆性的影響。

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干法電極工藝的難點

從美國加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院對特斯拉4680電池拆解的情況來看，特斯拉已經(jīng)在電池的負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，馬斯克在投資者說明會上提到：“干法正極工藝碰到極大挑戰(zhàn)，在通過輥壓把正極粉體壓制到一個特定的厚度時，就像披薩面團一樣被壓扁，但其實非常硬，這導(dǎo)致壓輥壓力超荷，發(fā)生位置偏移甚至變形，這是我們沒有預(yù)料到的?！?/span>

這說明特斯拉還沒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構(gòu)為其開發(fā)，德國Fraunhofer就是其中之一。Fraunhofer 是歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機構(gòu)，2022年5月，該機構(gòu)獲得德國聯(lián)邦教育和研究部（BMBF）370萬歐元的資助，用于干法電極技術(shù)的開發(fā)，其中最重要一項的開發(fā)內(nèi)容就是實現(xiàn)用于干混合物的精確連續(xù)加料和輸送系統(tǒng)。

2019年諾貝爾獎得主之一Stan Whittingham向外媒也表示，“我認為他（馬斯克）終將解決這個問題，但不會像他計劃得那樣快，因為該工藝仍需要一些時間來測試?！?/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：

通過高剪切混合攪拌使電極粉體材料中的固態(tài)粘結(jié)劑樹脂纖維化，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)過熱輥多級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)過程中發(fā)生脫落，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。

相對鋰離子電池現(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、也無須溶劑回收裝置，因此沒有有機廢氣排放，能耗也更低。

2.材料方面：

粘接劑采用自行開發(fā)的PTFE改性樹脂，成本大幅低于現(xiàn)有濕法工藝中的PVDF。同時，還采用自行開發(fā)的多級結(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)輸送過程中發(fā)生團聚、分層、偏析、架橋。

通過干法制備的固態(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開發(fā)了一套專用的粉體輸送工藝和裝備，通過高精度計量傳感器與控制器對高黏性絮狀混合粉體進行實時動態(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，實現(xiàn)對高黏性絮狀纖維化混合粉體進行高精度輸送需求，在進入到精密輥壓設(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，壓力逐級放大，同時，對壓的兩輥設(shè)置速差，讓電極膜成型時產(chǎn)生“揉”和“搓”的作用，以提高成型效果。壓輥的機械精度控制在±0.001mm以內(nèi)，溫度精度控制在±1℃以內(nèi)，確保經(jīng)過連續(xù)精密輥壓后的電極膜厚度均勻、強度高、且具有韌性。

GWh級裝備的設(shè)計已經(jīng)加緊實施中......

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干法電極技術(shù)對鋰電產(chǎn)業(yè)的影響

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

寧德時代：670GWh

比亞迪：600GWh

蜂巢能源：600GWh

中創(chuàng)新航：500GWh

欣旺達：500GWh

國軒高科：300GWh

孚能科技：120GWh

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

隨著產(chǎn)能的迅速擴張，必然會出現(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，才是迎合未來市場需求的有效產(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，將對整個鋰電池產(chǎn)業(yè)帶來顛覆性影響：

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)線長度可以減少約70%。同時，不再使用NMP等有機溶劑，也將粘結(jié)劑PVDF改成了PTFE。因此，現(xiàn)有生產(chǎn)動力電池專用PVDF、NMP等材料的工廠將不復(fù)存在，專業(yè)生產(chǎn)動力電池漿料設(shè)備、涂布及烘干設(shè)備的企業(yè)也會遭受致命打擊。

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)與國外有差距。如采用干法電極工藝，則國內(nèi)企業(yè)可以實現(xiàn)“換道超車”，在新賽道上越過技術(shù)瓶頸。

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

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。按未來三年新增產(chǎn)能3000GWh計算，可降低投資成本約￥3000億。

2. 市場格局重構(gòu)

由于市場競爭十分激烈，動力電池行業(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)可以帶來約18%的成本下降。以2021年動力電池裝機量292.13GWh計，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，可進一步擴大市場份額。

而那些還沒有掌握此項技術(shù)的企業(yè)，其盈利能力將大幅降低，產(chǎn)品競爭力明顯下降，甚至面臨生死考驗，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，可以將極片的壓實密度大幅度提高，這將有利于提升電池能量密度，促進現(xiàn)有電池企業(yè)技術(shù)升級迭代。

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

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

在即將到來的TWh時代，干法電極極片制造技術(shù)是動力電池重要的工藝創(chuàng)新。

同時，掌握了干法電極技術(shù)，可以在未來固態(tài)動力電池競爭中占得先機。

上海聯(lián)凈期待與合作伙伴們攜手，共同推進動力電池科技研發(fā)，加速實現(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)化進程。