CIBF2023之干法电极技术
传统湿法电极采用粉体材料与溶剂混合制备浆料，然后进行 涂布、干燥、溶剂蒸发回收等工序制备电极。而干法电极利用粘接剂的纤维化作用实现活性物质的粘结，粉体材料混合后直接制备自支撑膜，再与集流体辊压后制备成电极。一般，干法电极技术包括三个步骤：（i）干粉末混合，粘结剂纤维化；（ii）从粉末到涂层成型；（iii）涂层与集流体压合；这三个步骤都没有溶剂。特斯拉收购的Maxwell在大量商用负极材料（如硅基材料和钛酸锂（LTO））以及正极材料（如层状三元NMC、NCA、LFP、硫）中证明了干电极工艺的稳定性和普适性。 这种干法电极工艺特点是工艺过程简单、电极更厚、无溶剂化。电极制造过程没有溶剂参与的固液两相悬浮液混合，湿涂层的干燥过程，工艺更简单，更灵活性。这种独特干法成型工艺不使用任何溶剂，是一种环境友好的绿色工艺，并节省了材料、时间和人工等生产成本。由于湿法成型工艺使用了溶剂，与粘结剂形成粘结剂层，活性炭整个颗粒被粘结剂层包围，阻碍了活性炭颗粒之间以及与导电剂颗粒间的接触，电极导电性差，而且电极中残留的溶剂会与电解液发生副反应，导致超级性能下降，如容量降低、产生气体、寿命衰减等。而干法成型工艺过程中不使用溶剂，粘结剂是以纤维状态存在，活性炭颗粒之间以及与导电剂颗粒接触更为紧密，电极密度大、导电性好、容量高。另外，干涂层工艺生产的电极在高温电解液存在下的粘聚力和附着力性能更好。干法电极韧性好，密度大，容量高，碳粉不易脱落，循环寿命长。这种特性特别有利于高能量密度电极的高倍率性能。本文针对CIBF2023上所收集到的信息与材料简单总结开发了干法电极工艺与装备的厂家，从展会上了解到，干法电极的总体情况是目前国内很多厂家正在积极开发工艺和装备，但是总体还不是特别成熟。由于参展时间仓促，以下总结可能并不全面，欢迎大家补充。嘉拓智能的干电极生产装备，主要包括混料、处理&成膜、减薄、精轧&裁边以及复合收卷。在干法成膜厚度及均匀控制难点上，嘉拓智能的解决方案是双钢带系统成型和多级辊压。（1）电极膜成型工艺设备——双钢带系统：通过双钢带辊压技术实现干法电极自支撑膜的制造，钢带系统可以作为自支撑电极膜的载体，减少电极膜在辊对辊制造、高速运动过程中的断带现象。（2）电极膜成型减薄工艺设备——多级辊压；通过辊压技术将粉料辊压成厚膜，经多次热压减薄后收卷或与集流体进行复合，保证膜片不断带的情况下减薄至指定厚度并提高压实密度。干法电极整线装备集成粉料处理、上料输送、成膜、两级减薄、集流体膜片复合于一体；整线方案，连续成膜，提高设备连续性；节省浆料，操作简便，安全性高；通过干法搅拌设备实现均匀混料、物料纤维化。装备参数如下：多级辊压装备产品特点：实现膜片连续减薄、复合保证膜片不断带的情况下减薄复合，保证厚度均匀性±2μm，张力、压力、温度均可控，降低断带风险。产品参数如下：5月17日，纳科诺尔联合清研电子在CIBF上召开新品发布会，重磅推出干法电极成型覆合一体机。干法工艺较湿法对辊压设备的工作压力、辊压精度以及均匀度提出更高要求，并且干法电极制造工艺较为复杂，需经过多次辊压成型，电极膜、集流体分开收放卷再压合，生产效率较低，且设备的占地面积较大，生产成本较高。基于此，纳科诺尔推出的干法电极成型覆合一体机，实现电极膜成型以及电极膜与集流体复合的一体化，简化设备，减少设备的占地面积，提高生产效率，降低生产成本。该产品具备8辊连轧设计、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特点。辊压宽度可达450mm，辊压速度最快达到50m/min，通过闭环控制和实时数据采集，其精度控制在±1.5μm。新型低温干法-纳米导电纤维网络-膜电极连续制备技术在不使用任何溶剂的条件下将电极活性物质与导电剂和粘结剂固化独立成膜。全过程物料100%可以循环再利用，使电极制作成本大幅下降并显著提高极片的导电性和抗拉强度。其中干法制备预锂化负极已经组装软包电池并验证了优异的首效参数和循环性能。
磷酸铁锂干法电极微观结构
宝晟能源在粘结剂的选择上有所突破，同时在活性物料，导电剂和粘结剂的混合分散过程中，充分保证了导电剂的均匀分散和导电网络的完整构筑，其中碳纳米管的分散程度要远大于湿法涂布工艺的分散均匀性。ZY300-H500干法涂布生产线由卧式加热辊压机ZY300-H500-W、立式加热辊压机ZY300-H500-L和复合加热辊压机ZY300-H500-F三台设备组成，主机配套加热控制系统、液压系统、辑缝调整机构，并配套相应的喂料装置、切边装置、收放卷装置、(涂胶装置可选)、复合装置、张力检测装置、驱动及张力控制系统及拆装辊装置等,完成粉料投送、热辊压成形、切边、二次热辊压、(涂胶)、复合辊压收卷等工序。基于多年锂电装备的技术沉淀和对锂电池制造各工序的深度理解，赢合科技提出了新一代无人化智能装备解决方案、复合集流体解决方案、干法电极解决方案等。未获得具体的信息。研发干法极片技术并将其商业化的极片生产商，干法极片产品包括锂离子电池正负极极片、钠离子电池正负极极片、锌离子电池正负极极片以及超级电容器极片。
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首次发布时间：2023-09-29
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