未来全固态电池会以干法电极工艺为主，全固态电池中，硫化物电解质对极性有机溶剂极为敏感，同时金属锂容易与溶剂反应，导致膨胀更加严重，传统的 PVDF-NMP 体系粘结强度有限，而干法电极中由PTFE原纤维化构成的二维网络结构，可以抑制活性物质颗粒的体积膨胀，防止其从集流体表面脱落。此外，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，消除湿法工艺烘干后溶剂分子的残留问题。

一、  干法电极制备工艺

干法制备工艺通常是将活性物质、粘结剂、导电剂组成的粉末干混后，直接喷涂到集流体上，或者通过碾压/热压制成自支撑的极片。

目前，干法电极的研究主要有通过喷涂方式进行制备、通过锟压方式进行制备两种开发策略。

1、  通过喷涂方式进行制备

在此过程中，活性材料、导电碳和粉末状粘结剂等颗粒混合在一起，混合好的粉料会在压缩空气的作用下雾化喷附在金属集流体的表面，随后在高压静电的作用下，使材料与集流体分别带有正电荷与负电荷，从而使得材料附着在集流体表面。

通过高温烘烤熔化聚合物粘结剂确保颗粒之间的粘结力，最后对电极进行压延以获得所需的厚度并控制孔隙率。在这个过程之中，高压静电是由设备内部的发生器产生，通过在喷涂枪头产生尖端放电，在尖端产生较多的电荷，粉末经气体带动喷出，会捕捉电荷从而带电，在电场力的吸引下附着在接地的集流体表面。

Ludwig 等人通过静电喷涂制备了钴酸锂正极(图a)，干法涂层电极的循环性能和稳定性比传统的湿法电极更好。

2、  通过热压复合/锟压方式进行制备

比容量达到 6.5 mAh cm–2 的干法电极。并在不使用任何溶剂的情况下制备了 9 cm2 大小的干法全固态电池。电池在没有任何外加压力的情况下成功循环 100 次。

Zhou 等人报告了一种结合高速气流、热轧复合工艺的干法电极，电极的制备过程如图a 所示。通过这种方法分别制备了混合有 40%活性炭的 LiFePO4 正极和 Li4Ti5O12负极，电极的照片以及电极表面的扫描图像如图b 所示，可以看到纤维化网状的 PTFE 结构，所制备的干法厚电极的致密度是传统湿法电极的 1.6 倍。

此外，由于固态电解质界面的形成和稳定的纤维 PTFE 网状结构，组装的电池在5000 次以上的循环中具有 92%的容量保持率。

二、  相关设备

干法电极较传统湿法电极的设备差异：取消涂布、烘干、溶剂回收设备；增加纤维化设备，主要为气流粉碎、螺杆挤出机、开炼机；制膜所需的辊压机要求提升。

1、  干法制膜装置

开炼机：两个相对回转的辊筒对物料产生挤压后，由于两个辊筒的速比不同，可以产生对混料产生剪切力，速比越大剪切力越强。在辊筒的高剪切力下，混合物内部的分子链会被打断，实现均匀的混合，多次往复后在粘接剂原纤化的作用下即生成电极膜。

2、  干法电极设备迭代：辊压设备

干法工艺较湿法对辊压设备的工作压力、辊压精度以及均匀度提出更高要求。头部辊压设备厂商或率先受益于干法电极对于新型辊压机的迭代需求。

设备大型化集成化是未来发展趋势。将加料、混料、纤维化、制膜、辊压、分切、收卷等功能集成在一起，降低流转时间，提高效率及一致性等，设备价值量更高。

三、  相关设备厂商

原文始发于微信公众号（锂电产业通）：固态电池干法电极制备工艺及相关设备介绍