2020年，4680全極耳大圓柱的出現(xiàn)，將干法電極技術(shù)帶入大眾的視野。作為4680大圓柱電池核心潛力技術(shù)之一，干法電極與全極耳、高鎳高硅和CTC集成技術(shù)并列為46系列四大革新技術(shù)。干法電極在降低電池成本，提升電池性能上有著濕法工藝無可比擬的優(yōu)勢，被認(rèn)為是半固態(tài)、全固態(tài)和46系列大圓柱電池的理想工藝。
近日，納科諾爾聯(lián)合清研電子在CIBF上推出干法電極成型覆合一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)電極膜成型以及電極膜與集流體復(fù)合的一體化，將干法電極技術(shù)從“理想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)”，率先開啟干法電極產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
基于對鋰電裝備制造降本、提升一致性、可靠性和效率的設(shè)計(jì)理念，干法電極成型覆合一體機(jī)在多個(gè)維度實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。
以納科諾爾為代表的中國鋰電裝備企業(yè)率先完成干法電極的裝備制造和產(chǎn)品應(yīng)用，背后是經(jīng)過十多年的發(fā)展，中國在整個(gè)電池前瞻技術(shù)創(chuàng)新、驗(yàn)證、工藝研發(fā)、裝備設(shè)計(jì)等方面具備了完善的體系，在新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品開發(fā)和驗(yàn)證方面具備了一定優(yōu)勢。
01
干法電極制造技術(shù)，鋰離子電池工藝的“圣杯”
在現(xiàn)有鋰電池制造中，極片環(huán)節(jié)主要是采用濕法工藝，就是將活性物、導(dǎo)電劑、粘接劑按比例混合在溶劑中，并通過狹縫涂布模頭 按要求涂覆在集流體表面并輥壓。
傳統(tǒng)濕法工藝中要使用到NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶劑，該溶劑有毒，對環(huán)境不友好，需要對其進(jìn)行回收，消耗大量的能量。此外，傳統(tǒng)濕法工藝中，涂布干燥及溶劑回收環(huán)節(jié)，分別占設(shè)備、人工、廠房成本和能源成本的 22.76%和 53.99%。
區(qū)別于濕法工藝，干法工藝則不需要溶劑，直接將電極材料粉末壓到金屬集流體上形成電極。與濕法相比，干法電極制造技術(shù)不需要大量的工廠占地面積來干燥溶劑，極大地降低了工廠所需的資本、人力支出，同時(shí)對環(huán)境更加友好，且更適配大規(guī)模生產(chǎn)。
有機(jī)構(gòu)測算，采用干法工藝，相較于濕法，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。這也難怪干法電極是降低鋰電池生產(chǎn)成本的關(guān)鍵之一。
在電池性能上，干法電池可以實(shí)現(xiàn)更高的能量密度，電池的電性能和機(jī)械性能均更優(yōu);
在應(yīng)用端，干法電池更適配固態(tài)電池、4680等新一代電池的制造需求。
然而，相對于濕法，干法電極成膜的均勻度和一致性更難控制，而電動汽車電池的電極比超級電容器的電極更大更厚，生產(chǎn)的難度更高。因而，干法電極技術(shù)，也被認(rèn)為是鋰離子電池工藝的“圣杯”。
02
納科諾爾干法電極裝備技術(shù)突破 產(chǎn)業(yè)化在即
出于提升電池安全、能量密度、循環(huán)壽命和降本的追求，目前包括電池、整車、裝備和材料企業(yè)都在積極布局干法電極產(chǎn)線和工藝裝備的研發(fā)，干法電極技術(shù)產(chǎn)業(yè)化正加速到來。
正如前述所言，相較濕法工藝，干法電極工藝對輥壓設(shè)備的工作壓力、輥壓精度和均勻度要求更高，且干法電極工藝復(fù)雜，需要經(jīng)過多次成型，電極膜、集流體分開收放卷再集合，生產(chǎn)效率、設(shè)備投資和占地面積都有較大的提升空間。
基于干法電極技術(shù)和工藝設(shè)備創(chuàng)新，以及提升鋰電制造效率、持續(xù)降低干法設(shè)備成本，發(fā)揮干法工藝優(yōu)勢，讓長板更長的需求，納科諾爾聯(lián)合清研電子，從干法電極材料技術(shù)，到工藝創(chuàng)新，再到設(shè)備集成進(jìn)行了前沿設(shè)計(jì)，推出干法電極成型覆合一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)電極膜成型以及電極膜與集流體復(fù)合的一體化，不僅可以簡化設(shè)備，減少設(shè)備的占地面積，而且可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
據(jù)介紹，納科諾爾干法電極成型覆合一體機(jī)融合了8輥連軋?jiān)O(shè)計(jì)、伺服輥縫控制、測厚厚度閉環(huán)控制、切邊寬度/糾偏閉環(huán)控制、獨(dú)立收膜/收卷設(shè)計(jì)、MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集等創(chuàng)新工藝和技術(shù)，其輥壓寬度可達(dá)450mm，輥壓速度高達(dá)50m/min，通過閉環(huán)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，其精度控制在±1.5μm，處于行業(yè)領(lǐng)先水平。
作為納科諾爾技術(shù)合作方，在技術(shù)創(chuàng)新方面，2022年清研電子《基于粉體成膜技術(shù)的動力電池用干法電極材料》項(xiàng)目在第二屆全國顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽中斬獲了最高榮譽(yù)-全國總決賽“優(yōu)勝獎”，干法電極材料和工藝技術(shù)獲得了產(chǎn)業(yè)屆的認(rèn)可。
在知識產(chǎn)權(quán)方面，納科諾爾已申請干法電極技術(shù)核心發(fā)明專利8項(xiàng)，并經(jīng)專利事務(wù)所分析，公司知識產(chǎn)權(quán)體系與Maxwell有著顯著性差異，具有獨(dú)立自主性和原創(chuàng)性，可在歐美市場自由實(shí)施 (FTO)。
作為中國鋰電池極片輥壓設(shè)備領(lǐng)域的頭部企業(yè)，納科諾爾產(chǎn)品已經(jīng)廣泛配套寧德時(shí)代、比亞迪、億緯鋰能、蜂巢能源、瑞浦蘭鈞、孚能科技、欣旺達(dá)、力神電池、正力新能、捷威動力、海辰儲能、中創(chuàng)新航等頭部動力、儲能電池企業(yè)。
受益于客戶大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)和對新技術(shù)迭代的推動，納科諾爾也正積極進(jìn)行產(chǎn)能布局。截至目前，納科諾爾已在邢臺、常州、東莞、寧德等多地布局生產(chǎn)基地或服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，就近配套客戶，及時(shí)響應(yīng)，協(xié)同推進(jìn)技術(shù)和工藝創(chuàng)新。
當(dāng)前，46系列大圓柱全極耳電池、半固態(tài)/固態(tài)電池研發(fā)正如火如荼地推進(jìn)中。干法電極技術(shù)、工藝的突破和設(shè)備量產(chǎn)，無疑會助推相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而受益于新一輪電池新技術(shù)產(chǎn)品大批量量產(chǎn)，將反過來帶動相關(guān)裝備需求大增，無疑，處于相關(guān)技術(shù)、裝備前沿的企業(yè)有望率先享受這一機(jī)遇，在新一輪市場格局中實(shí)現(xiàn)“躍遷”。