在全球新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，鋰離子電池作為核心儲(chǔ)能部件，其制造技術(shù)的革新對提升電池性能、降低生產(chǎn)成本、推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。其中，干法電極技術(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢，正...

在全球新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，鋰離子電池作為核心儲(chǔ)能部件，其制造技術(shù)的革新對提升電池性能、降低生產(chǎn)成本、推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。其中，干法電極技術(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢，正逐漸成為鋰離子電池制造技術(shù)的新寵，而上海聯(lián)凈在這一領(lǐng)域的突破引人注目。

圖片來源：上海聯(lián)凈自動(dòng)化科技有限公司

傳統(tǒng)濕法工藝?yán)Ь常耗芎母?、成本大、性能受?/p>

長期以來，傳統(tǒng)鋰電電極采用濕法工藝（漿料涂布）。該工藝需要把活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘接劑（PVDF）一股腦倒進(jìn) NMP 溶劑里，調(diào)成均勻的漿料，再涂到集流體上，經(jīng)過漫長的烘干，最后回收有毒的 NMP 溶劑。這一套流程下來，問題層出不窮。光是涂布干燥和溶劑回收環(huán)節(jié)，就吃掉了設(shè)備、人工、廠房成本的 22.76% 和能源成本的 53.99%。不僅如此，涂層電極里容易殘留溶劑，可能會(huì)降低電池的壽命；涂覆在活性材料表面溶解的粘合劑會(huì)增加電池電阻率，從而降低鋰電池的能量密度和功率密度；電極振實(shí)密度低，原因是集流體箔材在承受巨大壓力時(shí)易產(chǎn)生變形褶皺，輥壓機(jī)壓力受到限制，進(jìn)而導(dǎo)致電池能量密度低、電阻高和循環(huán)壽命低等問題。

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干法電極工藝崛起：直擊痛點(diǎn)，優(yōu)勢盡顯

與傳統(tǒng)濕法工藝形成鮮明對比的是，干法電極直接 “砍掉” 溶劑這個(gè)大麻煩！它用 PTFE 代替 PVDF，把活性顆粒、導(dǎo)電劑干混后，借助 PTFE 原纖化形成自支撐膜，再直接輥壓到集流體上。沒有溶劑，就不用烘干和回收，設(shè)備占地小了，人工和能耗也跟著大幅降低。數(shù)據(jù)顯示，干法工藝能讓電芯制造成本直降 18%，每度電成本減少 0.056 元！

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在性能方面，干法電極同樣表現(xiàn)卓越。濕法工藝因?yàn)槿軇┱舭l(fā)，活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑之間會(huì)留下很多空隙，導(dǎo)致材料不夠緊實(shí)。而干法電極沒有烘干過程，顆粒之間緊密貼合，能大幅提升電池的能量密度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，磷酸鐵鋰壓實(shí)密度從 2.30g/cm3 飆升到 3.05g/cm3，提升 32.61%；三元材料和石墨負(fù)極也分別提升 8.38% 和 11.04%。實(shí)測顯示，干法電池能量密度能比濕法電池高 20%，甚至有突破 500 Wh/kg 的潛力！在實(shí)驗(yàn)室測試中，干法工藝電池的循環(huán)性能、耐久度和阻抗全面碾壓濕法電池。

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上海聯(lián)凈的技術(shù)突破：解決行業(yè)核心難題

特斯拉在 2019 年收購 Maxwell 后獲得干法電極專利，但量產(chǎn)進(jìn)展緩慢，核心難點(diǎn)集中在正極材料。比如材料均勻性方面，正極活性物質(zhì)（如 NCM/NCA）顆粒硬度高、粒徑大，干法混合時(shí)易分層，導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)不均；導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建上，正極材料導(dǎo)電性差，依賴導(dǎo)電劑（炭黑）分散，干法中無法通過溶劑輔助分散，易形成局部絕緣區(qū)；黏結(jié)劑纖維化挑戰(zhàn)方面，Maxwell 的 PTFE 纖維化技術(shù)對負(fù)極（碳材料）適配性好，但正極材料與黏結(jié)劑的機(jī)械 / 化學(xué)兼容性差，壓制后易開裂或脫粉。

上海聯(lián)凈通過一系列創(chuàng)新，針對性地解決了上述問題。在材料體系創(chuàng)新上，開發(fā)了 PTFE 與離子導(dǎo)電聚合物的復(fù)合黏結(jié)劑，在纖維化過程中同步構(gòu)建鋰離子通道，降低界面阻抗；對高鎳材料進(jìn)行表面包覆（如 LiAlO?）并預(yù)鋰化，減少干壓過程中的結(jié)構(gòu)損傷，同時(shí)提升首次循環(huán)效率至 92% 以上。

圖片來源：上海聯(lián)凈復(fù)合材料技術(shù)有限公司

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工藝設(shè)備升級上，采用分段式混合設(shè)備的多級干法混合工藝，先分散導(dǎo)電劑與黏結(jié)劑形成初級網(wǎng)絡(luò)，再分步加入正極材料，解決分層問題；在壓制過程中引入高頻振動(dòng)的動(dòng)態(tài)壓延技術(shù)，使黏結(jié)劑纖維與活性物質(zhì)定向排布，電極密度提升至 3.4g/cm3（接近濕法水平），且柔韌性提高 30%。2023 年披露的中試驗(yàn)證數(shù)據(jù)顯示，其干法正極極片良品率達(dá) 95%（行業(yè)平均干法良品率 < 85%），單位產(chǎn)能能耗降低 40%，已與國內(nèi)頭部電池廠合作試產(chǎn)超高鎳（Ni90）正極。

圖片來源：上海聯(lián)凈復(fù)合材料技術(shù)有限公司

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上海聯(lián)凈干法電極設(shè)備：匠心獨(dú)運(yùn)，打造精品

上海聯(lián)凈自主研發(fā)的連續(xù)式干法輥壓設(shè)備在整個(gè)工藝中起著關(guān)鍵作用。該設(shè)備只需要將混合均勻的電極原料，包括活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑以及 PTFE 粘結(jié)劑等，通過多級輥壓形成密度高、表面均勻的高性能的干態(tài)電極膜，再與集流體熱壓覆合形成結(jié)構(gòu)致密且厚度均勻的電極片。

為了制備自支撐膜，上海聯(lián)凈擁有多種先進(jìn)設(shè)備。氣流粉碎機(jī)效率最高，壓縮空氣高速射入粉碎腔，物料碰撞粉碎原纖化，后在分級腔輥壓成膜；螺桿擠出機(jī)良率最高，混料經(jīng)螺桿攪拌、壓實(shí)、混合，從機(jī)頭擠出塑成電極膜；開煉機(jī)靠兩輥筒速比產(chǎn)生剪切力，打斷分子鏈，多次往復(fù)生成電極膜。

圖片來源：上海聯(lián)凈復(fù)合材料技術(shù)有限公司

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在關(guān)鍵的輥壓環(huán)節(jié)，干法工藝對輥壓設(shè)備要求更高。上海聯(lián)凈熱壓輥采用電磁感應(yīng)加熱輥，其高精度輥壓設(shè)備能把壓輥精度控制在 ±0.001mm (@RT)，±0.005mm (@PT)；輥面溫差 ±1℃，確保電極膜厚度均勻、強(qiáng)度高。

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通過自主開發(fā)高剪切混合裝置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)，并經(jīng)過熱輥多級壓制成自支撐電極膜，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)過程中發(fā)生脫落，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。

專利技術(shù)的輸送系統(tǒng)用于高粘性絮狀混合物的精確連續(xù)計(jì)量，可將纖維化后的粘性粉體均勻輸送至輥壓機(jī)中，壓制得到面密度均勻的自支撐電極膜。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(shí)，對壓的兩輥設(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。

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上海聯(lián)凈通過材料創(chuàng)新（如三維網(wǎng)絡(luò)粘結(jié)劑）、工藝革新（多級熱輥壓制）、裝備升級（±1μm 級精度控制）的三維協(xié)同，構(gòu)建了干法電極全鏈條解決方案，引領(lǐng)行業(yè)向高能量密度、低能耗、高一致性方向躍遷。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，上海聯(lián)凈的干法電極工藝技術(shù)和設(shè)備有望在未來的鋰離子電池制造領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用，為行業(yè)帶來更多的驚喜與變革。