导语
目前，锂电制造正经历颠覆性工艺升级，传统湿法电极工艺因溶剂使用带来的高能耗、高成本与环保压力，逐渐成为制约行业降本增效的瓶颈——据测算，仅电极涂布干燥环节便占据锂电池生产总能耗的30%以上。与此同时，特斯拉4680电池的量产突围、宁德时代等巨头对固态电池的加速布局，无不将“干法电极技术”推至聚光灯下：这项跳过溶剂、直击本质的工艺变革，能否撕掉锂电池制造的“湿法标签”，重构新能源产业的效率体系？
同时，干法电极技术不仅承载着提升电池能量密度、延长循环寿命的使命，更寄托了行业对更加绿色、可持续生产方式的期待。今天，我们将深入探讨干法制备工艺的核心环节，解析其技术原理与工艺创新，并探寻未来的无限可能。
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工艺解构：干法电极制备逻辑与产业化
一、干法制膜工艺介绍
自支撑膜制备工艺
自支撑膜的干法制备工艺是锂电池领域中一项重要的创新技术，其制造过程通过将活性材料、粘结剂和导电剂等粉末材料进行机械混合、高压挤压等工艺，形成具有一定厚度和强度的自支撑膜。这种自支撑膜无需附着在传统的金属集流体上，可以直接作为电极使用，显著简化了电池的制造流程。
自支撑膜的干法制备工艺在锂电池领域具有显著优势，主要体现在以下几个方面：
1. 简化制造流程：该工艺通过机械混合和高压挤压等方式，将活性材料、粘结剂和导电剂等粉末材料直接制成自支撑膜，省去传统金属集流体的使用，简化了生产流程。
2. 提升能量密度：自支撑膜的设计减少了金属箔材料的重量，优化了电池能量密度，特别适用于高能量密度需求场景，如新能源汽车和储能系统。特斯拉4680电池采用此技术，大幅提升了能量密度和制造效率，生产成本降低14%。
3. 绿色环保：不使用溶剂，消除了溶剂干燥和回收的需求，符合绿色制造和可持续发展的趋势。
4. 技术挑战：由于缺乏金属集流体支撑，自支撑膜的机械强度和导电性较低。当前研究集中在优化粘结剂性能和改进膜结构设计，以提升膜的稳定性和导电性。例如，采用PTFE粘结剂和碳纳米管复合材料，可提高电极强度和导电性。
5. 市场前景：随着新能源汽车和储能市场的增长，对高能量密度电池的需求增加。全球锂电池市场预计将在2028年前以年均20%的复合增长率增长，自支撑膜干法制备工艺的应用将不断扩大。
该技术因其简化流程、降低成本和提升能量密度的特点，现已成为电池行业的关注焦点。
未来展望方面，干法自支撑膜技术有望通过以下路径实现进一步优化和规模化应用：
1. 材料创新：研发更高性能的粘结剂材料，例如具有良好延展性和导电性的复合粘结剂体系，以提升自支撑膜的机械强度和导电性。
2. 设备改进：通过研发更高效的混合与挤压设备，实现自支撑膜的大规模连续化生产，以满足不断扩大的市场需求。
3. 产业合作：特斯拉、松下等企业已率先布局干法自支撑膜的应用，通过与设备厂商和材料供应商的合作，推动技术快速落地。未来，这种合作模式将在行业内形成更强的技术协同效应。
原纤化干法工艺技术原理
干法工艺中的原纤化技术是锂电池自支撑膜制备中的关键工艺。通过机械力作用，纤维状粘结剂（如PTFE）在高剪切力和适宜温度下被拉伸成具有三维网络结构的原纤维，粘结剂与活性材料、导电剂紧密结合，形成均匀、稳定的自支撑电极膜。这种三维网络结构能够有效提高电极的粘结强度和导电性，同时简化了电极制备过程，降低了溶剂使用带来的环保压力。
PTFE粘胶剂原纤化过程示意图
来源：《锂离子电池用无溶剂干法电极的制备及其性能研究》原纤化工艺在锂电池制造中的关键优势包括：
1. 温度和剪切力的精准控制：研究表明，当温度超过19°C时，PTFE分子链柔性增加，更容易形成原纤维。适度增加辊压力度可以显著降低电极膜的阻抗，提升导电性和循环稳定性。
2. 宁德时代的应用进展：宁德时代通过优化PTFE原纤化工艺和高精度辊压设备，将固态电池中的自支撑膜性能提升至新高度。其干法制备的电极厚度可控制在50-70μm，能量密度达到320 Wh/kg，比传统湿法工艺提升约15%，且制造成本下降10%。
3. 技术挑战：原纤化工艺对机械力控制要求高，任何偏差都可能影响电池性能。设备的高效性和一致性仍是大规模量产中的技术难题。
4. 市场前景：随着新能源汽车和储能市场需求增加，原纤化技术的应用正在扩展。通过进一步优化材料和提升设备智能化，原纤化技术有望克服现有瓶颈，推动锂电池制造的升级。
综上所述，宁德时代的成功案例展示了原纤化技术在提升电池能量密度和降低成本方面的实际效果，为高端市场的应用奠定了基础，并为行业提供了新的技术路径。
二、干法电极制备工艺
干法电极制备工艺的核心在于通过物理混合和高精度机械加工，将活性材料和粘结剂通过多阶段的处理形成具有高压实密度和良好导电性能的电极膜。图片中展示的工艺流程进一步突出了这一技术的关键节点，从原料的预混、预纤化、纤化到最终的成膜、压膜和复合处理，体现了整个工艺链的高效性和集成性。这种工艺流程不仅能满足高性能锂电池对电极均匀性和稳定性的要求，还适用于大规模量产，特别是在固态电池和高能量密度电池（如4680电池）中展现了突出的应用潜力。
学术研究表明，干法工艺在电极制备中通过优化纤化过程中的剪切力和温度条件，可以进一步提升电极膜的粘结强度和导电性。例如，某些研究指出，合理的预纤化温度（30-60°C）和成膜温度（80-120°C）能够改善PTFE的纤维化效果，从而使得活性材料颗粒间形成更加稳定的三维网络结构。结合图片中的工艺流程，可以更直观地理解干法电极制备的高效性及其关键工艺节点在提升电池性能中的重要作用。
干法电极制备工艺
来源：锂想生活通过静电喷涂方式进行制备
静电喷涂法是干法电极制备工艺中的一种重要技术，其核心在于利用高压气体将活性材料、粘结剂和导电剂颗粒充分混合后，通过静电喷枪使粉末带负电荷，并将其精准地喷涂到带正电荷的金属箔集流体上。随后，喷涂完成的电极经过热压处理，粘结剂在高温下融化并与其他粉末形成牢固的结合，最终挤压成具有良好粘结性和机械稳定性的自支撑膜。
静电喷涂法示意图
静电喷涂法在锂电池制造中具有显著优势，尤其在提高生产效率和实现连续化生产方面：
1.高效生产：静电喷涂法通过自动化设备和工艺集成，能够高效利用材料，满足高产能要求，且避免溶剂使用，符合绿色制造趋势。德国博世公司通过该工艺优化电极涂层均匀性，缩短了生产时间20%以上。
2.技术挑战：静电喷涂法面临涂层均匀性和厚度控制的难题，粉末材料易受静电力和气流影响，导致分布不均。此外，热压过程中，粘结剂和粉末颗粒的结合对温度和压力敏感，控制不当可能影响膜层强度。
3.市场应用：尽管存在挑战，静电喷涂法在中低能量密度电池和部分储能系统中仍具市场需求，凭借低成本和简便工艺，成为有力选择。松下在储能电池制造中成功引入此工艺，控制涂层厚度误差在±5μm内，并提高电极附着力。
4.未来展望：静电喷涂法的发展将依赖于设备与工艺优化，如研发高精度喷涂设备和智能控制系统，以提高涂层均匀性和厚度控制能力。同时，探索新型粘结剂材料以增强涂层附着力和导电性。
通过热压复合/辊压方式进行制备
热压复合和辊压制备是干法电极工艺中极具应用潜力的一种方式，其核心在于通过机械力与温度相结合，将活性材料、粘结剂和导电剂的混合物加工成高密度的电极膜，并最终与金属集流体结合，形成完整的电极。
热压复合法制备干法厚电极的过程示意图
来源：锂电产业通热压复合/辊压工艺在锂电池电极制备中具有重要优势，特别是在提升电极密度和提高导电性方面：
1. 工艺流程：第一步是通过高效混合装置将活性材料、导电剂和粘结剂均匀分散，再通过热压或辊压加工成光滑电极膜。电极膜与金属集流体结合，形成高致密度电极结构，显著提升电池的能量密度和电化学性能。
2. 研究成果：研究表明，热压复合法能显著减少粘结剂用量，同时提高电极容量和循环稳定性。Zhou等人通过高速气流和热轧复合工艺，成功制备出密度较传统湿法电极高1.6倍的电极，并展示了较长的循环寿命。
3. 技术挑战：温度和压力的精准控制至关重要，任何偏差都可能影响电极性能。设备的高效性和适配性仍需进一步优化，尤其在大规模生产中，如何保证批次一致性是挑战。
4. 市场前景：该工艺在新能源汽车和储能系统中展现了广阔的应用前景，特别是在制造厚电极和固态电池方面。LG能源解决方案通过热压复合工艺提升了电池能量密度和循环寿命，提供了更具竞争力的解决方案。
5. 未来展望：随着设备智能化和粘结剂材料的优化，热压复合/辊压工艺有望实现更高效、稳定的工业化应用，为锂电池行业的可持续发展注入新的动力。
粉末挤压成型法
粉末挤压成型法是干法电极制备工艺中的一种重要技术，其核心在于利用挤压设备将活性材料、粘结剂和导电剂等粉末原料加工成预定形状的电极结构。这一工艺通过机械力将粉末材料压缩并成型，随后对其进行后续的烧结或其他热处理，以获得具有高机械强度和电化学稳定性的电极。这种方法在复杂结构和特殊形状电极的制备中展现了独特的优势，同时也为锂电池制造提供了一种高精度、高一致性的技术路径。
粉末挤压成型法具有显著优势，特别是在电极形状可控性和高精度加工方面：
1. 工艺优势：该方法能够精确调节电极的厚度和几何形状，制备复杂三维结构的固态电池电极，提升能量密度和空间利用率。电极厚度偏差可控制在±5μm内，具有较高的压实密度和均匀性。
2. 应用案例：住友电工通过优化粘结剂配方和挤压设备设计，成功生产超薄电极（厚度低至50μm），提升能量密度15%-20%，降低内部阻抗，满足高性能需求。
3. 技术挑战：工艺设备要求较高，初始投资较大。生产效率较低，尤其在大规模生产时，如何提升速度和连续性仍需突破。此外，粘结剂和活性材料配比控制至关重要，以确保电极性能稳定。
4. 市场前景：粉末挤压成型法在固态电池和航空航天设备等高端市场中展现出巨大潜力，特别是在复杂形状和性能一致性方面。西门子通过该技术提升电极密度18%，在高温高压环境下维持优异性能。
5. 未来展望：随着设备和材料技术进步，粉末挤压成型法有望在效率和成本控制方面取得突破，扩大应用范围，满足新能源汽车和高端储能市场对高性能电池的需求。
相关加工设备
干法制膜装置是实现干法电极制造的核心设备，其整体设计涵盖了从原料处理到成品制备的多项功能模块。主要由高效混合设备、挤压成型设备和干燥设备组成，这些设备协同工作，为制备自支撑膜或干法电极提供了高效、精准的技术支持。
首先，混合设备是干法制膜装置的关键环节之一，通过均匀分散活性材料、粘结剂和导电剂，为后续工艺提供稳定的基础。现阶段，许多企业采用双螺杆混合机或气流粉碎混合机，这些设备能够在高速条件下实现物料的均匀分布和颗粒细化。
气流粉碎机利用高速压缩空气将物料进行破碎和原纤化处理。压缩空气通过喷嘴高速射入粉碎腔，带动混合物料在腔内发生高速碰撞和粉碎，同时粘结剂在剪切力和碰撞力作用下形成初步的网络结构。处理后的混合物通过气流进入分级腔，并通过辊压设备加工成均匀的自支撑膜。气流粉碎机凭借其高效率和精准的颗粒控制，在干法制膜工艺中发挥着关键作用。
川田机械制造（上海）有限公司的
高速流动混合机SM系列
来源：川田机械制造（上海）公司官网川田机械制造（上海）有限公司的
高速流动混合机SM系列产品参数
来源：川田机械制造（上海）公司官网使用的空气压力为0.4-0.6MPa
例如，德国莱宝（Leybold）公司研发的气流粉碎混合设备在保持物料均匀性的同时，极大地提升了混合效率，其设备能够处理纳米级别的粉体材料，为高性能电极的制备提供了重要保障。
其次，挤压成型设备在干法制膜中扮演了成型和压实的重要角色。该设备通过施加高压将混合物料挤压成特定厚度和形状的膜。近年来，随着挤压技术的不断改进，市场上涌现出多种高效挤压设备。
螺杆挤出机通过旋转螺杆在料筒内压实、搅拌并均匀混合物料。物料进入螺槽后，在螺杆的旋转下受到持续压缩和剪切，经过压缩段后达到均匀混合状态，并被挤压至机头，塑造成电极膜。螺杆挤出机凭借高效的混合和精准的成型控制，在干法制膜工艺中具有高良率，是电极膜制造的关键设备。
克劳斯玛菲黄金动力-大中型双螺杆挤出机
来源：克劳斯玛菲公司官网克劳斯玛菲黄金动力、尚水智能、无锡理奇
和曼恩斯特参数对比
来源：各大公司官网，作者整理例如，日本东丽（Toray）公司研发的高速挤压设备能够实现多层材料的同步挤压，显著提高了生产效率，同时确保电极膜的厚度一致性和表面光滑性。
干燥设备则是保证膜结构稳定性的关键环节，通常在挤压成型后进行高温处理，以提高粘结剂与活性材料的结合强度。目前，智能化干燥设备逐渐被引入生产线，通过精确控制温度和时间，实现膜材料的均匀干燥和机械性能的优化。例如，瑞士布勒（Bühler）公司的模块化干燥系统能够根据不同材料的特性动态调整干燥参数，有效避免了材料内部残余应力的产生，从而进一步提升电极的稳定性。
CD单锥干燥机
来源：尚水智能官网CD单锥干燥机产品型号及参数
来源：尚水智能官网干法制膜装置的综合功能不仅在于提供了一个无溶剂、环保的生产环境，还在于通过设备的高度集成化和智能化设计，提高了生产效率和产品一致性。其应用范围涵盖了自支撑膜的制备和多种电极形式的制造，特别是在新能源汽车电池、固态电池和储能系统中展现了显著的市场价值。
例如，中国宁德时代（CATL）近年来通过引入全自动干法制膜装置，大幅提升了高能量密度电池的生产效率。其新一代设备集成了先进的混合、挤压和干燥功能，能够在单条生产线上完成不同规格电极的制造。数据显示，该设备将生产效率提高了20%，同时显著降低了能耗，为高性能电池的规模化生产奠定了坚实基础。
干法电极设备迭代：辊压设备
干法电极工艺对辊压设备的性能提出了更高要求，特别是在工作压力、辊压精度和均匀性方面。由于干法电极缺乏液态溶剂的润湿作用，颗粒间结合力较弱，因此在辊压过程中需要通过更大的外部压力来实现颗粒的紧密压实。此外，辊压精度和膜厚均匀性对电极的成品率、能量密度和电池性能稳定性至关重要。
辊压机作为关键设备，利用旋转辊筒施加高压，促使物料发生塑性变形，进而实现紧密结合。在固态电池制造过程中，辊压机主要用于将电极材料和固态电解质等粉末状物质压制成电极膜，显著提升材料的密度和界面接触性能。干法工艺中，辊压设备面临的挑战主要集中在成膜连续性、厚度一致性以及提高生产效率方面。由于缺少液态溶剂的粘结作用，干法电极膜的厚度一致性成为影响电池性能的关键因素，因此对辊压机的压力调控、辊筒表面精度和动态适应能力提出了更高要求。
随着技术的进步，智能化调控和设备升级将进一步提高辊压机的工作效率和可靠性。动态压力调节系统和实时厚度监测技术的应用，将显著提升成膜稳定性和一致性，为干法工艺的规模化生产提供强有力的技术支持，推动固态电池制造工艺的持续优化。
在4680电池的应用中，干法工艺对辊压设备的性能要求尤为严格。特斯拉在负极电池中已应用干法电极技术，但在正极制备过程中仍面临技术挑战。正极自支撑膜在辊压过程中易发生掉粉现象，主要由于颗粒间的复合力不足，需要更高的外部压力确保膜的完整性和稳定性。针对这一难题，SACMI公司推出的2000系列辊压机凭借卓越的压实力和微米级精度，提供了潜在的解决方案，显著提高了正极干法电极的成品率。
此外，韩国POSCO在干法辊压设备领域也取得了重要突破，其新一代高压辊压机通过多段压力调节系统和创新的加热冷却模块，不仅满足干法电极对高压实力度的要求，还进一步提高了电极膜的加工一致性，降低了辊压过程中材料的损耗率。这些技术创新为正极干法电极的规模化生产提供了强有力的技术保障。
头部辊压设备制造商通过持续的技术创新和产品迭代，正逐步成为干法工艺发展的核心推动力量。这些厂商凭借其丰富的技术积累和完善的专利体系，能够迅速应对干法工艺对辊压设备的新需求。例如，瑞士布勒（Bühler）通过其专利的高压辊压技术，为干法电极的加工提供了高效解决方案，其设备已广泛应用于全球顶尖电池制造商，显著提高了生产效率和良品率，降低了生产成本。
国内厂商锟压机性能对比
来源：上海联净，纳科诺尔官网干法工艺所使用的辊压设备通常包括辊压机、加热装置和冷却装置等模块，这些核心组件协同工作，对电极膜的形成和性能优化起到关键作用。加热装置的作用是提升材料的塑性，从而改善颗粒的流动性和压实效果；冷却装置则确保在辊压后材料迅速冷却形成稳定结构，避免因过热导致的形变或性能下降。
干法电极主要企业竞争格局
随着干法电极技术的快速发展，全球市场竞争愈加激烈，国内外企业在设备研发与市场份额方面形成了各自的优势。
国际竞争格局：国外企业在干法电极设备领域起步较早，技术积累丰富，市场份额较大。代表企业如美国的Maxwell（现为特斯拉旗下）在干法电极制备技术上处于领先地位，其开发的高剪切纤维化设备显著提高了电极的一致性和机械强度。意大利的SACMI则凭借其高压辊压机在全球市场占据重要地位，成为干法电极正极生产的领先设备供应商。
国内竞争格局：国内企业近年来在干法电极设备领域取得了显著进展，逐步缩小与国际领先企业之间的技术差距，并在某些细分领域实现突破。以纳科诺尔为例，其研发的高压智能辊压机已在多家国内电池厂商中得到应用，设备精度和生产效率较高。此外，比亚迪等公司与设备厂商的合作创新，提升了生产效率并减少了干法电极制备过程中的损耗。
市场驱动因素：全球锂电池需求持续增长，特别是固态电池和高能量密度电池的需求增加，推动了干法电极技术的规模化应用。根据国际能源署（IEA）的预测，全球锂电池产能将在2030年达到6200 GWh，这为干法电极设备制造商带来了巨大的市场机遇。
技术发展趋势：智能化和模块化成为干法电极设备的重要发展方向。国内外厂商正通过引入物联网技术和AI算法，优化生产流程，提高生产效率并降低能耗。例如，日本村田制作所开发的智能辊压机，通过实时参数调节提升了生产效率，并有效降低了能源消耗。
因此可以总结说：随着国内企业技术水平的持续提升，全球干法电极设备市场竞争正从单一的技术主导向多元化竞争转变。虽然国外企业仍占据一定技术优势，但国内企业凭借较高的性价比和对市场需求的快速响应，正逐渐扩大市场份额。随着干法电极技术的广泛应用，未来竞争将更加激烈，创新和研发能力将成为决定企业成败的关键因素。
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未来展望：干法将重塑新能源版图
一、干法制膜发展方向
干法制膜技术未来的发展方向正向设备大型化和集成化迈进，这一趋势在行业对高效、精准和低成本制造的需求下愈加明确。与传统湿法工艺相比，干法制膜以其无溶剂、高环保性和高效率的特点，正在成为新一代锂电池制造的核心技术，而设备的大型化与工艺模块的高度集成则是这一技术得以规模化应用的关键所在。通过将加料、混料、纤维化、制膜、辊压、分切和收卷等多个生产环节整合在一台设备中，不仅显著减少了物料在设备间的流转时间，还能提升产品的一致性和良品率，从而极大地提升生产效率并降低整体制造成本。
当前的行业实践中，设备集成化的优势已经开始显现。例如，比亚迪开发的压延切边一体机成功将电极膜涂覆、集流体复合以及极片分切功能结合在一台设备中。这款设备通过智能控制系统对辊压压力、温度及分切宽度进行动态调节，不仅将生产效率提升了30%，还将电极膜厚度均匀性误差控制在±2 μm以内。同时，该设备通过优化物料流转路径，将掉粉率降低了20%，显著提高了成品率。这种设计不仅减少了生产线的复杂度，还为批量化生产提供了更高的灵活性和适应性。
在工艺优化方面，干法制膜的研究和实践也在不断推进，特别是在材料纤维化和电极膜压延过程的精细化控制上取得了显著进展。德国弗劳恩霍夫研究所通过改进高剪切纤维化工艺，使PTFE粘结剂能够在活性材料和导电剂中形成更加稳定的三维网络结构，从而大幅提升电极的能量密度和机械性能。实验数据表明，优化后的工艺使得干法电极在循环寿命和导电性上较传统工艺提升了15%-20%。这一成果为干法制膜技术在高能量密度和高功率输出需求的领域打开了更大的市场空间。
与此同时，材料创新也为干法制膜技术的发展注入了新的动力。韩国三星SDI与多所高校联合研发了一种新型导电剂复合材料，该材料通过优化碳颗粒的形态和分布，有效提升了干法电极的导电性能和粘结力。此外，这种材料能够在较低压力下实现高致密度压实，为减少辊压设备的功耗提供了可能。基于此创新材料制备的干法电极在储能应用中表现出了更高的能量效率和更长的使用寿命，为行业提供了新的参考范例。
设备智能化升级也是未来发展的重要方向之一。瑞士ABB公司推出的一款全自动智能化制膜设备，通过引入物联网和AI算法，实现了全流程的实时监控与动态参数优化。该设备能够根据不同电极材料的特性自动调整压实力度和温度分布，显著减少了人为调试和操作的误差。在实际应用中，这款设备成功将生产线的良品率提升至98%以上，同时将能耗降低了15%，为高端电池制造的绿色化和可持续发展提供了切实可行的解决方案。
展望未来，干法制膜技术的应用范围将进一步拓展到更多高端市场，包括超级电容器、燃料电池以及航空航天等领域。在这些领域中，对电极性能的要求更加严苛，而干法制膜工艺以其在厚膜制备、机械稳定性和材料均匀性方面的优势，能够提供更具竞争力的解决方案。例如，在固态燃料电池的制造中，干法工艺避免了传统湿法溶剂挥发过程中的材料分解问题，同时优化了电解质与电极的界面接触，提高了电池的能量密度和稳定性。
总体而言，设备的大型化与集成化将是推动干法制膜技术实现工业化和规模化应用的核心动力。同时，结合工艺优化、材料创新和设备智能化升级的多方努力，干法制膜技术将不断突破现有技术瓶颈，在性能、效率和环保之间实现更好的平衡。未来，这一技术不仅能够满足锂电池行业对高能量密度、高性能电池的需求，还将通过拓展应用场景为全球绿色能源的发展提供更加广泛的支持。
二、干法电极调研总结
干法电极技术未来发展方向
干法电极技术作为锂电池制备领域的重要革新，正在迅速引领行业的发展潮流。相较于传统湿法工艺，干法电极在材料应用、工艺流程和设备设计方面实现了全面升级。凭借其显著的性能优势和成本效益，这一技术正逐渐成为下一代高性能电池制造的核心路径，并展现出在新能源汽车、储能系统和高端电子设备领域的广阔应用前景。
技术原理与工艺特点
干法电极技术通过粘结剂的原纤化作用，将活性物质与导电剂在无溶剂的条件下直接混合制备成自支撑膜，再通过辊压与集流体结合制成电极。相比湿法工艺中复杂的浆料制备、涂布、干燥和溶剂回收步骤，干法电极工艺更加简化，不仅取消了溶剂的使用，还新增了高效的干法制膜环节。这种转变在降低生产复杂度的同时，大幅度降低了制造成本，实验数据显示，干法工艺整体成本降低可达18%。
在材料选择方面，干法工艺使用PTFE作为粘结剂，替代了湿法中正极PVDF和负极CMC+SBR的组合。PTFE的原纤化特性能够显著提高电极的压实密度和机械性能，使磷酸铁锂正极、三元正极和石墨负极的压实密度分别提升了32.61%、8.38%和11.04%。同时，干法工艺制备的电池能量密度提升约20%，并在循环性能、耐久性和阻抗等方面表现出更优异的性能。
设备升级与集成化趋势
干法电极技术的发展对专用设备提出了更高的要求，尤其是在纤维化和辊压环节。纤维化设备包括气流粉碎机、螺杆挤出机和开炼机，各具特色：气流粉碎机效率最高，螺杆挤出机良率最佳，而开炼机则在处理复杂材料时表现出更强的适应性。以特斯拉采购的SACMI 2000系列辊压机为例，该设备可实现高达3500吨的压实力，相较传统湿法设备不足100吨的压力表现出显著优势，为解决正极粉末掉落问题提供了重要支持。
设备的集成化是未来的明确方向。通过将加料、混料、纤维化、制膜、辊压、分切和收卷等环节整合在一台设备中，不仅减少了物料在各工序间的流转时间，还有效提升了生产效率和一致性。例如，比亚迪开发的一体化压延切边机成功集成了多项关键功能，显著降低了掉粉率并将电极膜的厚度误差控制在±2 μm以内。这种高度集成化的设备设计，不仅减少了生产线的占地空间，还提高了设备的整体价值量。
材料创新与市场前景
干法电极的成功应用离不开粘结剂材料的创新。与传统PVDF不同，PTFE具备更强的耐腐蚀性和机械稳定性，但其高端应用尚未完全成熟。普通PTFE在干法电极中表现出一定的局限性，例如导电性不足和分布均匀性较差。为解决这些问题，研究者提出了碳包覆PTFE和与非纤维化材料混合的改性方法，以提升其导电性、粘连性和均匀性。
市场数据表明，随着干法电极渗透率的逐步提高，PTFE的市场需求将快速增长。假设干法电极渗透率在2024年达到1%，2030年达到15%，届时高端PTFE的市场需求量预计将达到21.91万吨，市场价值达到161.86亿元，2024-2030年的年均复合增长率（CAGR）预计为94.10%。这一增长不仅为材料供应商带来巨大的市场机遇，也进一步推动了相关技术和设备的发展。
与下一代电池技术的结合
干法电极技术与固态电池、预锂化技术以及大圆柱电池等下一代电池技术高度契合。在固态电池领域，干法工艺的无溶剂特性与固态电解质的设计理念相符，能够减少固固界面阻抗问题，同时通过原纤化技术优化电解质膜性能。在预锂化工艺中，干法制备避免了溶剂对预锂添加剂的副反应，显著提高了锂离子的利用效率。此外，特斯拉在其4680电池的负极制备中已经成功应用了干法工艺，正极制备的难点正在攻克，这为未来干法电极在高能量密度电池中的应用奠定了基础。
技术挑战与未来展望
尽管干法电极技术展现出巨大潜力，但仍面临着多重技术挑战，包括粘结剂的研发、电极均匀性的控制以及设备的持续升级。未来，随着材料科学的进步、工艺流程的优化以及智能化设备的普及，这些问题有望逐步得到解决。
设备制造商需要加大研发投入，为干法工艺提供更高精度、更高效率的设备支持，例如开发适用于复杂材料的智能化纤维化设备和具有实时监控能力的高精度辊压机。同时，结合物联网和人工智能技术，推动设备的自适应能力和参数优化水平，将进一步提升生产效率和产品质量。
干法电极技术作为一种新兴工艺，不仅在性能和成本方面实现了对传统湿法工艺的全面升级，还为锂电池制造的绿色化和高效化开辟了新路径。然而，这一技术也面临着粘结剂研发、电极均匀性和设备集成化等技术挑战。未来，随着材料创新、工艺优化和设备升级的不断推进，干法电极技术有望在新能源汽车、储能系统和高端电子产品等领域发挥更加重要的作用。同时，设备制造商和材料供应商应紧抓这一机遇，加大研发投入，以满足快速增长的市场需求。干法电极技术的发展不仅将推动锂电池行业的技术进步，还将为全球绿色能源的普及和可持续发展提供关键支撑。
（转自：曼恩斯特）
