據(jù)媒體報(bào)道，中國(guó)或?qū)⑼度爰s60億元用于全固態(tài)電池研發(fā)，以鼓勵(lì)寧德時(shí)代、比亞迪、衛(wèi)藍(lán)新能源等六家企業(yè)對(duì)全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)開(kāi)展研發(fā)。業(yè)界人士認(rèn)為，此次國(guó)家層面在電池技術(shù)領(lǐng)域出手布局，或因全固態(tài)電池能量密度有望突破500Wh/kg，將成為全球“下一代電池”競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)高地。
目前，中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)競(jìng)相布局具有顛覆性技術(shù)的全固態(tài)電池的研發(fā)，以搶占未來(lái)的發(fā)展機(jī)遇。這也給上游材料和設(shè)備企業(yè)提供了一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)力展示的舞臺(tái)和巨大的潛在市場(chǎng)，尤其是在設(shè)備領(lǐng)域，升級(jí)迭代已是箭在弦上。
值得注意的是，濕法和干法是鋰電前段設(shè)備的兩大主流技術(shù)路線。相較傳統(tǒng)濕法技術(shù)，干法技術(shù)在半固態(tài)及全固態(tài)等高比能電池的電極和電解質(zhì)制造過(guò)程中，將更具規(guī)?；瘧?yīng)用前景。
不過(guò)，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱指出，全固態(tài)電池的主要挑戰(zhàn)之一是生產(chǎn)難題。目前極片制造工藝不成熟，濕法工藝中，如果溶劑與電解質(zhì)化學(xué)不兼容，可能降低電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，而干法工藝還存在（提高）膜片分散性、均勻性等挑戰(zhàn)。
在此背景下，一批具有技術(shù)創(chuàng)新能力的設(shè)備企業(yè)，持續(xù)研發(fā)并不斷升級(jí)相關(guān)干法設(shè)備。其中，深圳市曼恩斯特科技股份有限公司推出的400型干法復(fù)合制膜一體機(jī)，在近期的行業(yè)展會(huì)上一經(jīng)亮相，就獲得正負(fù)極材料、電解質(zhì)、電池等企業(yè)的高度關(guān)注。
據(jù)介紹，曼恩斯特400型干法復(fù)合制膜一體機(jī)，不僅可以實(shí)現(xiàn)電極膜片成型，以及電極膜片與集流體復(fù)合的一體化功能，而且還適用于固態(tài)電解質(zhì)膜片的制備。
作為鋰電池濕法涂布環(huán)節(jié)的龍頭企業(yè)，曼恩斯特為何涉足干法設(shè)備領(lǐng)域？其400型干法復(fù)合制膜一體機(jī)將如何助力干法技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用？電池中國(guó)進(jìn)行了深入了解。
集成制膜、集流體復(fù)合兩大環(huán)節(jié)
從市場(chǎng)需求看，理論上，在“陸?？铡钡榷鄠€(gè)巨量市場(chǎng)電動(dòng)化過(guò)程中，全固態(tài)電池將逐步解決電動(dòng)汽車(chē)/船舶/航空器等終端載體續(xù)航里程短、電池成本高等痛點(diǎn)。
作為全固態(tài)電池制造的核心環(huán)節(jié)之一，在制備極片時(shí)，干法電極技術(shù)有潛力將電芯能量密度提升至500Wh/kg，實(shí)現(xiàn)下游超長(zhǎng)續(xù)航；而且在不使用有毒溶劑、減少電極分層、縮短生產(chǎn)線流程、減少設(shè)備投入、降低能耗、降低生產(chǎn)成本等方面，較濕法技術(shù)都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
例如，干法電極技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高的壓實(shí)密度：磷酸鐵鋰的壓實(shí)密度可以從目前主流的2.30 g/cm3提升至3.05 g/cm3，提升幅度超30%；三元材料也可以從3.34 g/cm3提升至3.62 g/cm3，提升幅度超8%。這意味著單位體積下材料含有更多的活性物質(zhì)，從而可實(shí)現(xiàn)電芯能量密度的提升。
據(jù)悉，特斯拉的干法電極工藝能夠減少18%的生產(chǎn)成本，縮短70%的生產(chǎn)線流程，并減少41%的設(shè)備投入。
而所謂干法工藝，是指通過(guò)物理或化學(xué)方法將粉末狀的活性材料、導(dǎo)電劑和少量或無(wú)粘結(jié)劑混合并成型為自支撐或非自支撐的膜片，作為鋰電池的正極、負(fù)極或電解質(zhì)。
從干法設(shè)備供應(yīng)端看，目前國(guó)內(nèi)干法電極設(shè)備平均水平是制膜寬度超450mm、輥壓速度超50m/min、面密度精度誤差±1.2%、厚度精度±2.5μm。
曼恩斯特是國(guó)內(nèi)最早一批布局干法設(shè)備的企業(yè)之一，據(jù)了解，其400型干法復(fù)合制膜一體機(jī)制膜寬度150～800mm、制膜厚度75～250μm、面密度精度誤差±1%、厚度精度±2μm、壓輥壓力最大50T、輥壓速度最快高達(dá)65m/min、壓輥輥縫間隙0～2mm、輥縫調(diào)節(jié)精度0.001mm，均處于行業(yè)領(lǐng)先水平。
曼恩斯特400型干法復(fù)合制膜一體機(jī)示意圖
從技術(shù)角度看，該設(shè)備采用多輥并排連軋技術(shù)，配合使用供料單螺桿擠出機(jī)、漸變截面模頭、壓輥驅(qū)動(dòng)等部件，融合粉體分散、伺服輥縫控制、測(cè)厚、切邊寬度/糾偏控制等技術(shù)，可以精確調(diào)節(jié)壓輥輥縫間隙、壓力及溫度，實(shí)現(xiàn)粉體混合物高效、連續(xù)、均勻擠出成型，以及膜片的多級(jí)壓延成型；集放卷、復(fù)合及收卷功能于一體，實(shí)現(xiàn)集流體與膜片的高效復(fù)合。
干法設(shè)備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)
電池中國(guó)認(rèn)為，盡管目前產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)仍以濕法涂布為主，但是以曼恩斯特400型干法復(fù)合制膜一體機(jī)為代表的干法設(shè)備，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)開(kāi)始顯現(xiàn)：
一是，該設(shè)備擠出供料環(huán)節(jié)創(chuàng)新采用單螺桿擠出機(jī)與漸變截面模頭配合方式。漸變截面模頭所形成的變形腔，有效降低了原料流動(dòng)阻力，可將物料擠壓為扁平形膜片，提高了擠出效率、降低了能耗，并使擠出物具有更高的密實(shí)度和均勻性。
這種組合方式實(shí)現(xiàn)了粉體混合物的高效、穩(wěn)定擠出成型；提高了膜片能量密度，且操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，降低了生產(chǎn)成本和能耗。
二是，該設(shè)備核心指標(biāo)引領(lǐng)干法設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新，能夠更好地助力電極、電解質(zhì)、電池制造商試驗(yàn)新材料、新工藝。
在制備極片時(shí)，該設(shè)備無(wú)論是在面密度精度誤差還是厚度精度上，都優(yōu)于目前行業(yè)平均水平。針對(duì)全固態(tài)等高比能電池的研發(fā)過(guò)程，極片面密度精度直接影響極片表面的光滑度，進(jìn)而影響電池系統(tǒng)的電化學(xué)性能，因此，該設(shè)備便于下游企業(yè)提高加工材料的精度，可以更精準(zhǔn)地進(jìn)行相關(guān)研發(fā)測(cè)試。
三是，采用該設(shè)備制備電極時(shí)，電極粉體被三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互交聯(lián)，這可以防止活性物質(zhì)顆粒在電池充放電循環(huán)過(guò)程中發(fā)生脫落，使電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。
四是，無(wú)需添加任何溶劑。一方面，濕法工藝因使用大量水和有機(jī)溶劑，故需要進(jìn)行材料烘干和溶劑回收，這不僅增加了能耗和生產(chǎn)流程，還提高了環(huán)保的成本；干法工藝則無(wú)需烘干和溶劑回收裝置，沒(méi)有有機(jī)廢氣排放，因而設(shè)備更少、能耗更低、生產(chǎn)流程更短、生產(chǎn)效率更高、環(huán)境污染更少。
另一方面，由于干法工藝不使用溶劑，可以避免電解質(zhì)和溶劑發(fā)生副反應(yīng)，這有利于電池在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中保持較好的電化學(xué)性能。
五是，簡(jiǎn)化電極制造流程。該設(shè)備通過(guò)干法粘結(jié)劑的纖維化及后續(xù)的輥壓、熱壓復(fù)合等步驟，直接制備出電極片，比濕法工藝更為高效；且集成制膜、復(fù)合環(huán)節(jié)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程。
此外，干法硫化物電解質(zhì)的制備過(guò)程，與干法極片大致相同，400型干法復(fù)合制膜一體機(jī)亦能夠滿足當(dāng)前的研發(fā)和生產(chǎn)要求。
由此不難看出，該設(shè)備所加工的材料或具有更高的壓實(shí)密度和安全性；也使電芯具有更優(yōu)的循環(huán)性能、耐久度和阻抗表現(xiàn)；避免了使用濕法工藝中的有毒溶劑，不會(huì)出現(xiàn)濕法的電極分層情況；縮短了生產(chǎn)流程、減少了設(shè)備投入、降低了能耗和成本，無(wú)怪乎受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。
在電池中國(guó)看來(lái)，曼恩斯特400型干法復(fù)合制膜一體機(jī)能夠助力下游正負(fù)極、電解質(zhì)、電池企業(yè)進(jìn)行干法電極/電解質(zhì)工藝的研發(fā)，加快探索新材料、新工藝在干法技術(shù)路線中的應(yīng)用。
濕法龍頭布局干法設(shè)備的邏輯
實(shí)際上，作為涂布解決方案龍頭企業(yè)，曼恩斯特的客戶包括很多巨頭企業(yè)，如寧德時(shí)代、比亞迪、中創(chuàng)新航和ATL等鋰電頭部企業(yè)，以及眾多整線設(shè)備供應(yīng)商。
基于對(duì)市場(chǎng)需求的前瞻性判斷，曼恩斯特從2020年已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)干法設(shè)備，并申請(qǐng)了相關(guān)專(zhuān)利。
在電池中國(guó)看來(lái)，曼恩斯特布局干法設(shè)備賽道，搶占新興技術(shù)高地，符合未來(lái)電池升級(jí)需求；干法、濕法設(shè)備雙線布局，鎖定電極技術(shù)主流和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)；干法設(shè)備將成為曼恩斯特滿足高端電池市場(chǎng)的又一契機(jī)，可以進(jìn)一步提高自身市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；其濕法涂布客戶廣，其技術(shù)、設(shè)備、服務(wù)皆廣受認(rèn)可，將有助于其干法設(shè)備拓展業(yè)務(wù)。
值得一提的是，曼恩斯特是國(guó)內(nèi)濕法涂布設(shè)備實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代的領(lǐng)軍企業(yè)，對(duì)極片制備環(huán)節(jié)的技術(shù)需求有著更加深入的理解，并持續(xù)進(jìn)行設(shè)備創(chuàng)新研發(fā)。據(jù)電池中國(guó)了解，目前極片干法工藝良品率相對(duì)較低，這主要因?yàn)椴牧稀⒐に嚨葐?wèn)題。曼恩斯特不僅可以提供干法設(shè)備，還提供專(zhuān)業(yè)的設(shè)備技術(shù)支持，從而助力下游企業(yè)試驗(yàn)新材料、新工藝。
行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，干法工藝的電芯能量密度可超過(guò)300 Wh/kg，并且具備實(shí)現(xiàn)500 Wh/kg的可能性。這表明，干法電極在能量密度上有巨大的提升空間。當(dāng)前，正負(fù)極材料、電解質(zhì)、電池企業(yè)加碼干法工藝和技術(shù)的研發(fā)和測(cè)試，以替代濕法的意愿持續(xù)升溫。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)，動(dòng)力、儲(chǔ)能、航海、航空、AI智能裝備等領(lǐng)域?qū)Ω弑饶茈姵氐男枨?，將帶?dòng)干法設(shè)備的商業(yè)化，提前布局的設(shè)備企業(yè)或?qū)⒕哂邢劝l(fā)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步擴(kuò)大其產(chǎn)品市場(chǎng)份額。
