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PTFE—干法電極工藝中,粘結(jié)劑的最佳選擇

來源:CATIA2025年04月03日

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      編者按:近幾年,鋰電池、鈉電池、固態(tài)電池等先進(jìn)電池及儲(chǔ)能均成為發(fā)展異常迅猛的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。先進(jìn)電池及儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)大量用到各種膠粘材料,必將帶動(dòng)膠粘劑、膠粘帶、膠膜等材料高速發(fā)展! 粘接資訊近期將重點(diǎn)關(guān)注并報(bào)道國(guó)際國(guó)內(nèi)先進(jìn)電池和儲(chǔ)能行業(yè)的重磅動(dòng)態(tài)新聞,積極推動(dòng)國(guó)內(nèi)電池和儲(chǔ)能用膠的發(fā)展。

 

 

PTFE的基本性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)

PTFE是一種半結(jié)晶聚合物,化學(xué)結(jié)構(gòu)式為–(CF2)n–,相對(duì)分子質(zhì)量較大,一般為數(shù)百萬。其結(jié)晶度為90~95%,熔融溫度為327~342℃。PTFE分子中CF2單元按鋸齒形狀排列,由于氟原子半徑較氫稍大,相鄰的CF2單元形成螺旋狀的扭曲鏈,這種結(jié)構(gòu)賦予了PTFE優(yōu)良的介電性能和不粘性能‌。

 

PTFE 競(jìng)爭(zhēng)格局及價(jià)格

山東東岳是最大的 PTFE 生產(chǎn)廠商。山東東岳、中昊晨光、浙江永和、巨化集團(tuán)是國(guó)內(nèi) 排名前四的聚四氟乙烯生產(chǎn)商,行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局較為穩(wěn)定。
國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的 PTFE 的下游應(yīng)用主要集中于低端塑料產(chǎn)品,高端 PTFE 主要依靠進(jìn)口。高端 PTFE 用于 5G 通訊以及干電極,當(dāng)前產(chǎn)能集中于外企如杜邦、大金等。目前,我國(guó) 低端 PTFE 產(chǎn)能尤為過剩,也導(dǎo)致其價(jià)格的不斷下降,但伴隨氟化工龍頭逐步轉(zhuǎn)型布局 高端 PTFE,在干法電極成熟后龍頭企業(yè)有望充分享受行業(yè)紅利。

 

干法電極工藝的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景
干法電極工藝相比傳統(tǒng)濕法工藝具有顯著優(yōu)勢(shì):
‌成本更低‌:干法電極工藝不需要使用溶劑,減少了設(shè)備、人工和能源成本。
‌性能更優(yōu)‌:干法電極具有更好的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性,適用于高性能電池的需求‌2。
綜上所述,PTFE在干法電極工藝中扮演著重要角色,其纖維化過程使得電極材料具有更好的粘合性和機(jī)械性能,推動(dòng)了高性能電池的發(fā)展和應(yīng)用。

 

干法電極工藝過程及其優(yōu)勢(shì)   

 

PTFE—干法電極工藝中,粘結(jié)劑的最佳選擇

干法電極工藝具備以下優(yōu)勢(shì):
(1)干法電極不采用溶劑,無需涂覆干燥烘箱和 NMP回收裝置,設(shè)備投資低,能耗小,所需場(chǎng)地面積小,從而降低了總體資本和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用此外,干法電極工藝過程的生產(chǎn)產(chǎn)量更高,這也會(huì)降低成本和能源消耗。
 
(2)電極中殘留的溶劑還會(huì)與電解液發(fā)生副反應(yīng)使電極性能下降,如容量降低、產(chǎn)生氣體和壽命縮短等,而干法電極無溶劑,避免出現(xiàn)這些問題。
 
(3)濕法電極在溶劑蒸發(fā)過程中,粘合劑和導(dǎo)電劑會(huì)隨著溶劑上浮偏聚在表面附近,而活性材料會(huì)沉淀,導(dǎo)致電極分層,這會(huì)損害電極中3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建,并降低活性材料和集流體之間的結(jié)合強(qiáng)度。而干法電極無溶劑,可以避免出現(xiàn)該問題。
 
4)濕涂層通常溶劑蒸發(fā)過程中,電極容易出現(xiàn)裂紋,特別是厚電極,電極厚度會(huì)受到濕涂制造工藝的限制干法電極工藝可以制備超厚電極
 
5)濕法電極工藝使用溶劑來溶解黏結(jié)劑,活性材料顆粒表面被黏結(jié)劑層包裹,會(huì)阻礙活性材料顆粒之間以及與導(dǎo)電劑顆粒的接觸,導(dǎo)致電極導(dǎo)電性降低。干法電極在制作過程不使用溶劑,黏結(jié)劑以纖維狀態(tài)存在,與活性材料顆粒表面僅為點(diǎn)接觸,不影響活性材料顆粒間的內(nèi)部接觸活性材料顆粒之間以及與導(dǎo)電劑顆粒的接觸更緊密,電極的導(dǎo)電性好。而且Li+能夠更好地在活性材料表面嵌脫,容量高,對(duì)高倍率放電有利。毛澤民等用四探針法測(cè)試了干法和濕法石墨負(fù)極極片的面電阻,結(jié)果顯示: 干法極片面電阻為 4. 66 mΩ,較濕法工藝降低了 26%。
 
(6)與傳統(tǒng)漿料涂層相比,干法電極涂層可以實(shí)現(xiàn)更高的結(jié)合強(qiáng)度。基于干法工藝的薄膜在保證結(jié)合強(qiáng)度的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)低粘合劑含量(<1wt%)毛澤民等的極片剝離強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表明,干法極片的剝離強(qiáng)度是濕法工藝的 3. 2 倍。

 

 

干法電極工藝分類

目前報(bào)道的干法電極工藝主要包括以下幾種:

         

圖1  幾種干法電極工藝示意圖及其特征
         
(1)粉末壓片法
如圖1a所示,粉末壓片作為一種粉末成型方法,隨著技術(shù)的發(fā)展,粉末壓片逐漸應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域,特別是全固態(tài)電池的電解質(zhì)和電極。用于粉末壓片的剛性模具和單向壓制存在應(yīng)力和密度分布不均勻的缺點(diǎn)、導(dǎo)致低密度及高孔隙率,也不適合規(guī)模化生產(chǎn)。
         
(2)粉末噴涂法
如圖1c所示,粉末噴涂法通過干混粉末施加裝置將粉末噴涂到集流體上,然后通過熱壓將粉末固定在集流體上。粉末噴涂技術(shù)已經(jīng)發(fā)展非常成熟,但用于大規(guī)模生產(chǎn)儲(chǔ)能裝置的報(bào)道還比較少,粉末噴涂生產(chǎn)可采用roll-to-roll的生產(chǎn)技術(shù)。一般地,文獻(xiàn)報(bào)道該方法一般采用PVDF粘結(jié)劑,干混混合活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑之后,采用高壓氣體噴涂、靜電噴涂等工藝直接將粉末沉積在集流體表面,然后在接近PVDF熔點(diǎn)溫度進(jìn)行熱壓,使粘結(jié)劑熔化包裹在活性顆粒表面。
         
(3)粘結(jié)劑纖維化法
在特斯拉收購Maxwell后,粘結(jié)劑纖維化方法制備電極引起了全世界的關(guān)注,這是Maxwell用于生產(chǎn)超級(jí)電容器電極的主要技術(shù),后來開始應(yīng)用于鋰離子電池電極、固態(tài)電解質(zhì)等儲(chǔ)能領(lǐng)域。如圖1d所示,工藝步驟包括:(i)干粉末混合,(ii)粘結(jié)劑纖維化,(iii)從粉末到薄涂層成型,(iv)薄涂層與集流體復(fù)合,這幾個(gè)步驟都沒有溶劑。干法電極工藝具有可擴(kuò)展性,能夠適應(yīng)當(dāng)前的鋰離子電池化學(xué)體系以及先進(jìn)的新型電池電極材料。大量商用負(fù)極材料(如硅基材料和鈦酸鋰(LTO))以及正極材料(如層狀三元NMC、NCA、LFP、硫),證明了干電極工藝的穩(wěn)定性和普適性。根據(jù)自支撐膜的成型方式,該工藝一般還可以分為:
         

 

圖2  粘結(jié)劑纖維化干法技術(shù)兩種成膜方法         
         
粉末擠壓成型:初步纖維化的混合粉末利用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)一步高速剪切使粘結(jié)劑纖維化并制備成自支撐膜,然后再和集流體復(fù)合。
         
粉末輥壓成型纖維化的混合粉末利用多級(jí)輥壓機(jī),差速輥壓過程中的剪切力使粘結(jié)劑纖維化并制備成自支撐膜,然后再和集流體復(fù)合。
         
干法電極工藝產(chǎn)業(yè)界進(jìn)展
         
特斯拉馬斯克在“特斯拉電池日”發(fā)布4680電池,并宣傳研發(fā)團(tuán)隊(duì)一直在努力研發(fā)干法電極制造工藝。最近,根據(jù)特斯拉4680電池拆解信息發(fā)現(xiàn),其4680電池石墨負(fù)極呈現(xiàn)大量的纖維化粘結(jié)劑形貌,采用了干法電極工藝制備了超過250微米的厚電極,面容量實(shí)現(xiàn)6mAh/cm2以上。但是干法電極的工藝也還存在很多問題需要進(jìn)一步解決。
         
PTFE—干法電極工藝中,粘結(jié)劑的最佳選擇

 

圖3  特斯拉干法石墨負(fù)極形貌     
         
PowerCo SE最近,大眾汽車子公司 PowerCo SE 也宣稱他們計(jì)劃將干式涂層工藝引入其在歐洲和北美的電池生產(chǎn)工廠。大眾汽車公司將與德國(guó)印刷機(jī)械專家Koenig & Bauer AG合作,開發(fā)PowerCo公司用于電池片生產(chǎn)的干式涂層工藝。干式涂層工藝預(yù)計(jì)將使PowerCo公司的電池廠的能源消耗減少約30%,并將生產(chǎn)電池所需的地面空間減少15%。
         
國(guó)內(nèi)外設(shè)備廠家也積極在開發(fā)干法電極設(shè)備,德國(guó)Fraunhofer研究所推出了干法電極設(shè)備(圖4),并實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池正負(fù)極電極制備。國(guó)內(nèi)納科諾爾、嘉拓智能等公司也開發(fā)了相應(yīng)的干法電極裝備。
 

 

 

圖4  濕法電極工藝(上)和干法電極(下)裝備對(duì)比
         
干法工藝粘結(jié)劑PTFE      
以粘結(jié)劑纖維化方法的干法電極工藝中,目前最佳的粘結(jié)劑選擇是聚四氟乙烯 (PTFE)。其實(shí),聚四氟乙烯 (PTFE) 是一種半結(jié)晶聚合物,其化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖及化學(xué)式–(CF2)n–如圖5所示。聚四氟乙烯相對(duì)分子質(zhì)量較大,低的為數(shù)十萬,高的達(dá)一千萬以上,一般為數(shù)百萬。一般結(jié)晶度為90~95%,熔融溫度為327~342℃。
         

 

圖5  PTFE化學(xué)結(jié)構(gòu)式
         
聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列,由于氟原子半徑較氫稍大,所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向,而是形成一個(gè)螺旋狀的扭曲鏈,氟原子幾乎覆蓋了整個(gè)高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)可以解釋聚四氟乙烯的各種性能,PTFE表現(xiàn)出復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)相行為,如圖6所示。
         

 

圖6  PTFE相圖:不同壓力和溫度下的多種晶體結(jié)構(gòu)
         

PTFE:無法直接應(yīng)用于干電極,必須經(jīng)過改性

1、鈍化粒子表面

PTFE 會(huì)與負(fù)極表面的鋰離子反應(yīng)生成氟化鋰,削弱粘合效果,降低容量。單克 PTFE 大約會(huì)消耗 1070 mAh 的鋰,電池中的 PTFE 含量越高,消耗的鋰也越多。在實(shí)驗(yàn)中,排 除首周充放電形成SEI膜的影響后,在第二次放電曲線中,PTFE含量越高放電電流越小, 因此證實(shí)聚四氟乙烯會(huì)與鋰離子反應(yīng),影響電池的性能。

在 PTFE 表面涂覆導(dǎo)電碳實(shí)現(xiàn)粘接劑的鈍化。根據(jù)特斯拉的專利介紹,涂層材料包含電 導(dǎo)體(導(dǎo)電碳、炭黑等)以及顆粒材料(粉末狀碳材料)。涂層覆蓋面積占 PTFE 粒子 表面的 90%以上,厚度介于 0.1-100μm。

2、混合非原纖化材料

原纖化后形成的自支撐膜仍會(huì)存在活性物質(zhì)和粘接劑的粘連作用降低的問題,而活性物 質(zhì)的脫落會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部的電阻增加從而影響電池性能。

將 PTFE 與非原纖化材料混合提高電極膜性能。可對(duì)傳統(tǒng)的非原纖化材料(如 PVDF、 CMC)研磨成為更小粒徑的材料,再與 PTFE 混合形成新型的粘接劑。特斯拉專利中混 合物 PVDF、CMC、PTFE 質(zhì)量比為 1:1:2。更小粒徑的粘接劑能實(shí)現(xiàn)電極膜活性物質(zhì)更 均勻的分布,與此同時(shí),粒徑更小的粘接劑有更強(qiáng)的粘連性。

 

PTFE纖維化原理與過程

PTFE纖維化過程是通過施加高剪切力使PTFE分子鏈發(fā)生解纏和重新排列,形成纖維狀結(jié)構(gòu)。這種纖維化過程使得PTFE能夠更好地粘合電極材料,提高電極的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性‌。

 

     
PTFE分子中F原子對(duì)稱,C-F中兩種元素共價(jià)相結(jié)合,分子中沒有游離的電子,整個(gè)分子呈中性。使PTFE具有優(yōu)良的介電性能。由于PTFE分子外有一層惰性的含氟外殼,使它具有突出的不粘性能與低的摩擦系數(shù)。PTFE的IV相單個(gè)聚合物鏈的螺旋結(jié)構(gòu)、PTFE鏈的圓柱簡(jiǎn)化模型以及對(duì)應(yīng)的IV相六方晶胞結(jié)構(gòu)如圖7所示。單個(gè)分子鏈呈螺旋構(gòu)象,其中15 個(gè)CF2單元圍繞分子軸(7/15構(gòu)象)以7個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)排列。沿分子軸的重復(fù)距離為1.95nm(圖7a),相鄰分子鏈之間的距離為0.566nm(圖7b)。
         
聚合物晶體的變形源于晶體學(xué)位錯(cuò),晶體中的聚合物結(jié)構(gòu)對(duì)滑移平面的選擇具有限制。由于滑動(dòng)不會(huì)導(dǎo)致鏈斷裂,因此只能沿著平行于聚合物鏈的平面滑動(dòng),主要模式是鏈滑和橫向滑移:前者是由于沿鏈軸方向滑動(dòng),后者是垂直于軸方向的滑動(dòng)。對(duì)于PTFE,六方晶體相鄰鏈間的內(nèi)聚力低,沿鏈軸(六邊形系統(tǒng)的c軸)滑動(dòng)會(huì)更容易。因此,當(dāng)對(duì)PTFE晶體施加剪切載荷時(shí),沿c軸發(fā)生晶體滑移,PTFE晶體的形狀會(huì)發(fā)生變化,能夠形成高長(zhǎng)徑比的納米纖維結(jié)構(gòu),如圖8所示。
         

 

圖7  PTFE的IV相單個(gè)聚合物鏈的螺旋結(jié)構(gòu)以及PTFE鏈的圓柱簡(jiǎn)化模型,聚四氟乙烯的IV相六方晶胞結(jié)構(gòu)
 

 

圖8  PTFE晶體剪切作用下的滑移變形的示意圖
         
堆積的大分子鏈沿c軸的相互滑動(dòng)會(huì)扭曲單晶的形狀,XRD是表征晶體結(jié)構(gòu)的最常用方法之一,因此,我們可以通過XRD表征來追蹤不可逆的PTFE纖維化晶體變形過程。圖9(a)顯示了乳液PTFE材料的XRD圖譜和對(duì)應(yīng)的XRD峰的晶體平面。假設(shè)PTFE單晶以圖8所示的方式變形。在變形之后,由棱柱晶格平面({100}、{110}、{210}和{310})引起的衍射峰是保持不變的,而金字塔晶格平面({107}、{108}、{117}和{10.15})的結(jié)構(gòu)規(guī)律會(huì)變化,在衍射峰中,107和108峰比其他峰強(qiáng)得多(圖9(a))。這兩個(gè)衍射峰強(qiáng)度的變化可以用于評(píng)估PTFE晶體的變形程度。
         

 

圖9 (a)聚合聚四氟乙烯材料的XRD圖。(b)XRD反射峰的晶體平面
         
PTFE干法電極工藝存在的問題         
PTFE干法電極工藝過程是將活性材料與導(dǎo)電添加劑(例如炭黑)和PTFE混合,再在剪切力作用下使PTFE發(fā)生纖維化。原纖維直徑只有幾納米,長(zhǎng)度幾十微米,通過形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使活性材料和炭黑的聚合在一起。在隨后的步驟中,將這種混合物壓在兩個(gè)輥之間,形成數(shù)百微米厚的薄膜。該薄膜在進(jìn)一步的軋制中達(dá)到所需的目標(biāo)厚度和孔隙率。目前存在的主要問題有:
          

首先,主流纖維化法所需的粘接劑PTFE尚未成熟。直接采用PTFE作為粘接劑會(huì)導(dǎo)致與負(fù)極表面的鋰離子反應(yīng)生成氟化鋰,削弱粘合效果,降低電池容量。因此,PTFE需要經(jīng)過改性后才能作為干法電極的粘接劑。改性方法包括碳包覆PTFE,實(shí)現(xiàn)粘接劑的鈍化,改善導(dǎo)電性,提高穩(wěn)定性,抑制電解液分解;以及將PTFE研磨成更小粒徑后與非原纖化材料混合,改善均勻性,提高粘連性。

其次,需要更先進(jìn)的輥壓設(shè)備和破碎設(shè)備。干法工藝全程沒有使用液體溶劑,為避免在干混制膜過程中破壞活性物質(zhì)和粉體團(tuán)聚,需要采用性能更高的原纖化設(shè)備和混合設(shè)備。此外,正極活性材料電化學(xué)活性高,在輥壓過程中容易發(fā)生化學(xué)變化,因此對(duì)輥壓設(shè)備的工作壓力、輥壓精度以及均勻度提出了更高要求。

最后,薄膜均勻性不易控制,氧化物或硫化物工藝放大難度。目前,干法電極尤其是靜電噴涂電極在大批量干法混料的均勻性和制膜方面仍需要不斷改進(jìn),這影響了大規(guī)模的批量生產(chǎn)。改善薄膜均勻性,克服氧化物或硫化物工藝放大難度,是干法電極技術(shù)需要解決的關(guān)鍵問題。

 

PTFE在低電位下不穩(wěn)定,會(huì)與鋰發(fā)生不可逆反應(yīng),因此應(yīng)用于負(fù)極時(shí)會(huì)鋰化消耗活性鋰,降低黏附效果。如圖10所示,每克PTFE將消耗1070mAh的鋰, PTFE鋰化的電壓平臺(tái)為0.7~1 V,并且電極中PTFE含量越多,電壓平臺(tái)區(qū)域越長(zhǎng),第二次放電曲線中,平臺(tái)消失,因此反應(yīng)不可逆。具體反應(yīng)式為:

 

 

 

圖10  不同含量的PTFE/C混合物鋰化曲線
         

干電極與下一代電池更適配:固態(tài)、預(yù)鋰化,大圓柱電池

1、固態(tài)電池&干電極:拋棄傳統(tǒng)液態(tài)原材料,但均面臨固固界面問題

固態(tài)電池是下一代鋰電池,拋棄傳統(tǒng)液態(tài)電解液。從電解質(zhì)的分類上,固態(tài)電池可分為 氧化物固態(tài)電解質(zhì)、硫化物固態(tài)電解質(zhì)以及聚合物固態(tài)電解質(zhì)。氧化物電解質(zhì)是目前國(guó) 內(nèi)企業(yè)布局最多的方向。相比于傳統(tǒng)液態(tài)電池,固態(tài)電池能量密度更高,安全性能更好,

干法電極拋棄傳統(tǒng)液態(tài)溶劑,與固態(tài)電池設(shè)計(jì)理念類似。在干法技術(shù)的賦能下,固態(tài)電 池的極片制造過程可以實(shí)現(xiàn)完全干燥,消除了濕法工藝烘干后,溶劑分子的殘留問題。此外,利用粘接劑的原纖化作用制造固體電解質(zhì)膜,能提升固態(tài)電池性能,其優(yōu)勢(shì)如下:成膜無溶劑,提高離子導(dǎo)電率 ;固態(tài)電解質(zhì)和粘接劑干混成膜,無需烘干制造成本更低;工藝簡(jiǎn)單,更適配規(guī)模化量產(chǎn)。

2、預(yù)鋰化&干電極:不用考慮預(yù)鋰材料與溶劑的兼容性,降低預(yù)鋰化難度

預(yù)鋰化策略用于緩解電池首周循環(huán)的鋰離子損失。鋰離子會(huì)與負(fù)極反應(yīng)形成 SEI 膜,造 成 6%-15%的鋰離子不可逆損失。主流的預(yù)鋰化策略為負(fù)極預(yù)鋰化和正極預(yù)鋰化,以正 極預(yù)鋰策略為例,添加預(yù)鋰添加劑后,正極鋰含量顯著增多,有效的彌補(bǔ)了首周充放電 過程帶來的鋰離子損失。

 

預(yù)鋰策略更偏好干燥的電極生產(chǎn)環(huán)境。濕法下,溶劑會(huì)與預(yù)鋰添加劑產(chǎn)生副反應(yīng),消耗 活性鋰,增加電池阻抗削弱預(yù)鋰效果,干法無需溶劑,干燥的生產(chǎn)環(huán)境更適配預(yù)鋰化策 略的需求。

3、特斯拉 4680&干電極:干電極初次應(yīng)用于 4680 電池
4680 綜合性能優(yōu)異,具備與麒麟、刀片電池爭(zhēng)鋒的實(shí)力。4680 采用全極耳的設(shè)計(jì),以集 流體尾部作為極耳,制作成集流盤的結(jié)構(gòu),電池容量較 2170 提升 5 倍,能量密度、快充 性能、散熱性能等各方面得以兼顧。
 

4680 實(shí)驗(yàn)室樣件僅在負(fù)極采用干法,正極采用濕法。原因是,在正極輥壓過程中,正極 材料容易發(fā)生化學(xué)變化,正極自支撐膜在輥壓后仍容易掉粉。由于干法工藝還未完全成 熟,量產(chǎn)的 4680 電池正、負(fù)仍采用濕法工藝。

(六)干法電極技術(shù)難點(diǎn)及綜合對(duì)比
當(dāng)前國(guó)內(nèi)干電極技術(shù)還未完全成熟,仍存在不少工藝技術(shù)難點(diǎn),但干電極本身能給電池 帶來性能上的巨大提升,仍然是極具潛力的工藝迭代方向。
 
干電極工藝較傳統(tǒng)濕法是全面的升級(jí)。在制造流程上,干電極步驟更少,制造成本及能 耗更低,原料對(duì)環(huán)境友好,更適配大規(guī)模生產(chǎn);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。
 
展望及未來發(fā)展發(fā)向
干法電極技術(shù)核心在于粉末混合過程中實(shí)現(xiàn)黏結(jié)劑的纖維化,以形成自支撐的干態(tài)電極膜。目前的研究均采用黏結(jié)劑 PTFE,但存在低電位鋰化等問題,需對(duì)其進(jìn)行改性或者開發(fā)可替代的黏結(jié)劑,以提高在低電位下的電化學(xué)穩(wěn)定性。一方面,可以開發(fā)改進(jìn)的PTFE變體;另一方面,開發(fā)基于PVDF甚至無氟聚合物粘結(jié)劑。
 
設(shè)備大型化集成化,壓延切邊一體化

設(shè)備大型化集成化是未來發(fā)展趨勢(shì)。將加料、混料、纖維化、制膜、輥壓、分切、收卷等 功能集成在一起,降低流轉(zhuǎn)時(shí)間,提高效率及一致性等,設(shè)備價(jià)值量更高。特斯拉采用的壓 延切邊一體機(jī)的輥壓部分類似開煉機(jī)。在機(jī)器的頭部放料后,混料會(huì)沿著走帶方向進(jìn)入 輥筒,由于下游的輥筒轉(zhuǎn)速快于上游,輥縫間形成的高剪切力會(huì)對(duì)活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑以 及粘接劑擠壓并混合。


在原纖化作用下形成的自支撐膜會(huì)附著到下游更快的輥筒上并反 復(fù)壓延。機(jī)器側(cè)邊的計(jì)量輥可以控制輥筒的轉(zhuǎn)速和溫度,而在機(jī)器的尾部會(huì)設(shè)置分切系 統(tǒng),將成型的寬電極膜按要求裁切成窄電極膜。雙面涂層與集流體復(fù)合層壓機(jī)器是集合 正/負(fù)電極膜生產(chǎn)、電極膜和集流體層壓和極片收卷,本質(zhì)是壓延切邊復(fù)合一體機(jī)。

 

 
來源:電池涂覆與粘接

 

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