干法电极是一种新的极片生产方式,较传统湿法的区别在于:1)粘接剂由PVDF变更为PTFE;2)取消溶剂、取消涂布烘干、溶剂回收工序;3)增加干法制膜工序。

那么就两者者的工艺技术而言,干法电极到底胜在哪里呢?

一、干法工艺成本更低

1.干法制造工艺步骤更少,电芯制造成本综合降低18%,降幅 0.056 元/Wh。传统湿法工艺中,涂布干燥及溶剂回收环节,分别占设备、人工、厂房成本和能源成本的22.76%53.99%。干法工艺将传统湿法的浆料涂布改为制造自支撑膜,因此它无需 NMP 溶剂,省去了电极干燥及溶剂回收环节,实现更低的电芯制造成本。

干法电极VS湿法电极,到底胜在哪里?

2.干法工艺对环境更友好,且更适配大规模生产。NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶剂有毒,对环境不友好,且在传统湿法工艺中需要对其进行回收,会消耗大量的能量。干法工艺无需溶剂,在极片涂布环节减少烘烤及溶剂回收环节,工艺流程更简单,设备占地面积更小,更适配极片的大规模生产。

干法电极VS湿法电极,到底胜在哪里?

二、干法工艺能量密度更高

1.干法电极在PTFE原纤化的作用下,较湿法电极可以实现更加平整的形貌。由于湿法需要溶剂,在溶剂蒸发后,活性物质与导电剂之间会留出更多空隙,空隙导致材料的压实密度不高。干法不存在烘干过程,因此不存在溶剂蒸发后留下的空隙,颗粒之间的接触更为紧密。

2.干法电极可以做到更大的压实密度。干法条件下压实后,裂纹、微孔等问题更少。磷酸铁锂压实密度可从2.30g/cm³ 提升至3.05g/cm³,提升幅度32.61%;三元材料压实密度可从3.34g/cm³提升至3.62g/cm³,提升幅度8.38%。石墨负极压实密度可从1.63g/cm³提升至1.81g/cm³,提升幅度11.04%。由于单位体积下含有更多的活性物质,因此干法电极也具备实现更大能量密度的技术路径。

· 相同条件下,干法电池能量密度可提升20%,干法电极能量密度可以超过300 Wh/kg,且具备实现500 Wh/kg的可能性。

· 干法电极厚度极限更大,可以提升面容量。传统湿法电极涂布厚度极限是160 µm,而干法的厚度区间为30 µm-5 mm。更大的厚度区间也能适配更多样的活性物质。

三、干法电池电性能更优

1.干法工艺电池的循环性能、耐久度和阻抗在实验室条件下均更优。

干法电极VS湿法电极,到底胜在哪里?

2.纤维网提升干电极的材料稳定性,进而增强电性能。湿法工艺中,在电池经历500圈循环后,活性颗粒内应力不断积累,导致剖面出现裂纹,最终降低了电池性能。在干法工艺下,纤维网包覆在活性材料表面,在经历500 圈的充放电后,网状结构保持完整,颗粒表面的裂缝较少,与此同时,原纤化后的网状结构能抑制活性物质体积膨胀,防止颗粒从集流体上脱落,增强了稳定性,提高了电性能。

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作者 ab

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