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携干法电极制造技术,上海联净入围2022年全国颠覆性技术创新大赛-凯发k8娱乐官网入口

2022-11-11 来源:上海联净

根据科技部的中国创新创业大赛网站11月8日的公告,2022年全国颠覆性技术创新大赛初筛结束,经组委会专家评定,2851个有效申报项目中,仅348个项目从公开海选中脱颖而出,进入领域赛。

携干法电极制造技术,上海联净入围2022年全国颠覆性技术创新大赛

上海联净公司“干法工艺规模化制备固态锂离子电池电芯技术”成功入围!


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干法电极制造技术的优势

在电芯制造生产环节中,干法电极技术彻底摒弃现有动力电池极片制造的湿法涂布和烘干工序,无需溶剂回收装置,可将生产成本降低18%,投资成本降低34%以上,电极生产占地减少70%以上。

干法电极制造技术一旦大规模投产,必将给动力电池行业将带来颠覆性的影响。


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干法电极工艺的难点

从美国加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院对特斯拉4680电池拆解的情况来看,特斯拉已经在电池的负极用上了干法电极工艺,但正极仍然采用传统的湿法工艺。

今年8月,马斯克在投资者说明会上提到:“干法正极工艺碰到极大挑战,在通过辊压把正极粉体压制到一个特定的厚度时,就像披萨面团一样被压扁,但其实非常硬,这导致压辊压力超荷,发生位置偏移甚至变形,这是我们没有预料到的。”

这说明特斯拉还没有全面突破干法电极极片制造技术。

特斯拉在干法正极工艺碰到的难题,早前就已经在世界各地寻求多家研究机构为其开发,德国fraunhofer就是其中之一。fraunhofer 是欧洲最大的应用科学研究机构,2022年5月,该机构获得德国联邦教育和研究部(bmbf)370万欧元的资助,用于干法电极技术的开发,其中最重要一项的开发内容就是实现用于干混合物的精确连续加料和输送系统。

2019年诺贝尔奖得主之一stan whittingham向外媒也表示,“我认为他(马斯克)终将解决这个问题,但不会像他计划得那样快,因为该工艺仍需要一些时间来测试。”


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上海联净已全面突破干法电极技术


特斯拉在“干法正极”上遇到的难题,上海联净已经解决!


1.工艺方面:

通过高剪切混合搅拌使电极粉体材料中的固态粘结剂树脂纤维化,利用固态粘接剂纤维化后形成三维网络结构,使电极粉体被这种三维网格结构相互交联,采用连续、精确输料之后,经过热辊多级压制成自支撑电极膜,随后将电极膜热复合于集流体的两面,最终得到干法电极片。


该工艺可制备出压实密度更大、能量密度更高的电极片,这种三维网络结构的极片可以防止活性物质颗粒在电池充放电循环过程中发生脱落,具有良好的循环稳定性能。


相对锂离子电池现有的涂布和烘干等传统湿法工艺,本技术不使用任何溶剂、不需要烘干、也无须溶剂回收装置,因此没有有机废气排放,能耗也更低。

2.材料方面:

粘接剂采用自行开发的ptfe改性树脂,成本大幅低于现有湿法工艺中的pvdf。同时,还采用自行开发的多级结构纳米材料作为添加剂,防止纤维化后的粉体材料在生产输送过程中发生团聚、分层、偏析、架桥。


通过干法制备的固态电解质膜,可取代现有湿法工艺中的隔膜及电解液,从根本上提高电池的安全性、能量密度。

3.装备方面:

①开发了一套专用的粉体输送工艺和装备,通过高精度计量传感器与控制器对高黏性絮状混合粉体进行实时动态控制,并将闭环控制分为快速下料阶段和精确下料阶段,实现对高黏性絮状纤维化混合粉体进行高精度输送需求,在进入到精密辊压设备之后,得到面密度均匀的自支撑电极膜。

②电极膜成型采用高精度连续辊压设备,压力逐级放大,同时,对压的两辊设置速差,让电极膜成型时产生“揉”和“搓”的作用,以提高成型效果。压辊的机械精度控制在±0.001mm以内,温度精度控制在±1℃以内,确保经过连续精密辊压后的电极膜厚度均匀、强度高、且具有韧性。

gwh级装备的设计已经加紧实施中......


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干法电极技术对锂电产业的影响

根据公开的资料,几大电池企业已经公布的2025年产能规划:

宁德时代:670gwh

比亚迪:600gwh

蜂巢能源:600gwh

中创新航:500gwh

欣旺达:500gwh

国轩高科:300gwh

孚能科技:120gwh

......

三年后,国内主要电池企业规划总产能将超过3000gwh,是2021年的十几倍。

随着产能的迅速扩张,必然会出现产品结构、客户结构、产能利用率、毛利率等方面的分化,尤其是产能利用率。基于创新的产能,才是迎合未来市场需求的有效产能。

与现有的湿法极片制造技术相比,采用干法电极技术生产的产品,在品质、成本方面的巨大优势,将对整个锂电池产业带来颠覆性影响:


1. 产业链重构

首先,由于工艺的改变,彻底省去了湿法的浆料调配、涂布、烘干工序,生产线长度可以减少约70%。同时,不再使用nmp等有机溶剂,也将粘结剂pvdf改成了ptfe。因此,现有生产动力电池专用pvdf、nmp等材料的工厂将不复存在,专业生产动力电池浆料设备、涂布及烘干设备的企业也会遭受致命打击。


例如,在湿法工艺中,涂布精度非常关键,目前,这部分的设备仍然以进口为主,精密涂布头更是一种“卡脖子”的技术。又如,作为粘结剂的pvdf,国内已有多家企业大规模生产,但总体上品质与国外有差距。如采用干法电极工艺,则国内企业可以实现“换道超车”,在新赛道上越过技术瓶颈。


nmp等有机溶剂不再使用、能耗的大幅度降低,也非常契合国家“低碳、节能”的要求,而此类产品的生产企业,也将面临巨大的经营压力。


采用干法电极工艺电极制备的新建产线可大幅降低投资成本。按未来三年新增产能3000gwh计算,可降低投资成本约¥3000亿。


2. 市场格局重构

由于市场竞争十分激烈,动力电池行业的毛利率普遍低于15%,大部分企业面临生存困境。


干法电极技术可以带来约18%的成本下降。以2021年动力电池装机量292.13gwh计,单位成本约¥0.7/wh,如果全部采用干法电极则可降低成本约¥400亿。


率先掌握了干法电极工艺的电池企业,将拥有先发优势,可进一步扩大市场份额。


而那些还没有掌握此项技术的企业,其盈利能力将大幅降低,产品竞争力明显下降,甚至面临生死考验,遭受毁灭性打击。


3. 电池制造技术革命

采用干法电极工艺,可以将极片的压实密度大幅度提高,这将有利于提升电池能量密度,促进现有电池企业技术升级迭代。


同时,这也是未来固态电池理想的工艺路线。因此,掌握了干法电极技术,就可以在未来固态电池竞争中占得先机。


由于干法电极的厚度可以做到3mm以上,远超湿法电极,因此,其应用范围大大拓展,不但适用于3c电池、动力电池,也适用于储能电池。


在即将到来的twh时代,干法电极极片制造技术是动力电池重要的工艺创新。

同时,掌握了干法电极技术,可以在未来固态动力电池竞争中占得先机。

上海联净期待与凯发K8网页登录的合作伙伴们携手,共同推进动力电池科技研发,加速实现锂电极片从湿法到干法、电解质从液态到固态的工业化进程。

 

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