1、全固态电池更适配干法电极工艺
在全固态电池生产的前段极片与固态电解质制备环节,干法电极工艺以高压实密度、无溶剂、低成本的显著优势,为全固态电池在高能量密度方向发展和规模化量产落地提供可靠路径,成为推动全固态电池产业化的关键技术之一。干法电极工艺作为一种新型电极制造工艺,更适配全固态电池,原因在于:
(1)提高电极压实密度,契合全固态电池对高能量密度的需求。
干法电极工艺最大的优势在于能够提高电极的压实密度,从而提升电池的能量密度。传统的湿法电极制造工艺需要使用溶剂将活性物质、导电剂和粘结剂混合后涂布在集流体上,然后进行干燥、NMP 溶剂回收和辊压等工序。而干法电极制造工艺直接将活性物质、导电剂和粘结剂等电极材料混合成干粉,通过机械压到集流体上形成电极片。由于干法电极工艺无需溶剂,在制备过程中不存在溶剂蒸发后留下孔隙的问题,活性物质颗粒之间能够更紧密地接触。
以常见电池材料为例,磷酸铁锂压实密度可从湿法工艺下的约2.30g/cm³提升至干法工艺的 3.05g/cm³左右,三元材料压实密度可从约3.34g/cm³提升至 3.62g/cm³左右,石墨负极压实密度可从约 1.63g/cm³提升至1.81g/cm³左右。
干法电极工艺还能够提升电极厚度。传统湿法电极因溶剂挥发易导致电极开裂等问题,厚度一般受限于 160μm 左右。干法电极可制备更厚的电极,厚度区间可达30μm-5mm。因此,干法电极工艺可以提高电极的压实密度和提升电极厚度,更高的压实密度意味着在相同体积下可以容纳更多的正负极材料,更大的电极厚度意味着能够适配更多的正负极材料,从而提升电池的能量密度。根据高能数造、上海联净等多家企业披露数据显示,干法电极工艺能够提高电池能量密度约 20%。干法电极工艺制备超厚、高载量的电极,提升电池能量密度的效果契合固态电池对高能量密度的需求。
(2)干法工艺适配硫化物电解质技术路线,是全固态电池量产落地的重要推动力。
我国全固态电池确立以硫化物电解质为主流技术路线的发展路径。固态电池主要包括聚合物电解质、氧化物电解质、硫化物电解质三大技术路线。其中硫化物电解质的离子电导率最高、柔韧性好、工作性能表现优异,在全固态电池中的发展潜力最大。我国全固态电池已确立以硫化物电解质为主流技术路线的中长期发展路径。在2025 年2月15日举行的第二届中国全固态电池创新发展高峰论坛上,中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高阐述了基于硫化物固态电解质为主体电解质的全固态电池中长期发展路径:
1)2025-2027 年,第一代全固态电池,以 200-300Wh/kg 的石墨/低硅负极硫化物全固态电池发展目标为牵引,努力打通全固态电池的技术链;
2)2027-2030 年,第二代全固态电池,以 400Wh/kg 和 800Wh/L 为目标,重点攻关高容量硅碳负极,面向下一代乘用车电池,确保 2027 年实现轿车小批量装车,2030 年实现规模量产;
3)2030-2035年,以 500Wh/kg 和 1000Wh/L 为目标,重点攻关锂负极,逐步向复合电解质、高容量正极体系发展。
以硫化物为主体电解质的全固态电池发展路径
数据来源:NE时代新能源,东莞证券研究所,思瀚
干法电极工艺适配硫化物电解质全固态电池技术路线。全固态电池是使用固态正负极材料和固态电解质,不含有电解液,所有材料都由固态材料组成的电池。而干法电极工艺同样是无需液态溶剂,两者的理念相契合。适配全固态电池的硫化物电解质、金属锂等对溶剂极度敏感,干法电极的无溶剂和无干燥过程特性,恰好完美避开硫化物电解质的弱点:
1)绝大多数的有机溶剂(尤其是湿法电极常用的NMP)都会与硫化物电解质发生剧烈的化学反应,导致其产生 H₂S 等有害气体,并破坏电解质结构;被溶剂污染后,硫化物电解质优异的导电性能也会大幅衰减,使电池失效。
2)硫化物电解质的化学稳定性较差,在湿法工艺的烘干环节等较高温度下,容易发生分解和性能退化。采用干法电极工艺,固态电池的极片制造过程可以实现完全干燥,由于无需溶剂,可以规避全固态电池硫化物电解质对溶剂敏感的问题。因此,干法电极工艺更适用于全固态电池生产。
(3)干法电极工艺简化生产流程,降低电池制造成本,提高生产效率,有助于推动固态电池产业化。
溶剂成本昂贵、有毒、需要复杂的回收。干法电极工艺无需使用溶剂,省去了溶剂成本,减少了干燥和溶剂回收两个高能耗、高成本的环节,将电极制造过程一体化,缩短工艺环节,设备占地面积更小,从而降低成本。根据清研电子介绍,干法工艺的产线设备集成化,采用一体化设备替代传统分散工序,减少设备占地面积约50%-70%,电极制造成本减少约 15%-20%。根据纳科诺尔预计,干法电极量产后可降低电池制造成本10%以上。根据 LGES 表示,干法电极工艺可以降低电池制造成本 17%-30%。根据上海联净复合材料技术有限公司,干法电极工艺能够降低 10%溶剂成本及 40%能耗。
因此,通过采用干法电极工艺能够有效降低电池制造成本。并且生产流程简化后的干法电极工艺产线大幅缩短,提高生产效率,适配电池极片的大规模生产。当前,降低成本对于固态电池量产落地至关重要,因此,干法电极工艺被认为是推动固态电池产业化的关键技术之一。
2、全固态电池中试线开始起量
全球主流电池厂商将于 2027 年左右小批量生产全固态电池。近年来国内外主流电池厂商,以及专注于固态电池的初创企业,不断推进固态电池的研发与应用。2024 年尤其是下半年以来主流电池厂商密集公布了其在固态电池领域的最新进展以及技术突破。从各家企业的表态来看,全固态电池将会在 2027 年左右开始小批量生产。
2025-2026 年全固态电池中试线将密集落地。根据全固态电池将于2027 年左右小批量生产,可以预见,2025-2026 年全固态电池中试线将密集落地,行业将迈向中试到量产攻坚的新周期。2025 年下半年以来,包括国轩高科、亿纬锂能、孚能科技、清淘能源等多家电池企业披露其在全固态电池领域的最新进展,中试线建设快速推进或迎来落地。
固态电池产业化推进,设备先行受益。全固态电池和传统锂电池的制造工艺和生产设备差异大,固态电池设备是支撑全固态电池产业化推进的基础和关键环节,生产全固态电池的设备需求将明显起量。适配全固态电池生产的革新制造工艺亟需突破,其中干法电极工艺作为关键技术之一,将开启加速迭代,后续随着全固态电池产业化推进将带动干法工艺相关设备订单持续落地。
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