【摘要】 深度对比干法/湿法电极制备技术：剖析Maxwell干法工艺降本10%的关键路径，揭示无溶剂技术如何解决NMP污染，提升电极厚度与能量密度。附产业化瓶颈解决方案。

锂离子电池的极片制造是决定电池性能和寿命的核心环节。完整工艺流程包含：电极浆料制备、涂覆烘干、辊压成型、极片裁切、隔膜分切、电芯卷绕、电解液注入、封装密封、老化激活及性能检测。

 

一、湿法电极工艺现状

湿法技术通过将活性材料、导电剂、粘结剂与溶剂混合成浆料，均匀涂覆在铜箔/铝箔集流体上，经干燥形成电极膜。该技术成熟度高，广泛应用于商业电池生产。

核心痛点：​

1.​环保风险：浆料制备需使用有毒溶剂NMP（N-甲基吡咯烷酮）

2.​能耗瓶颈：干燥环节耗时长、能耗高（占制造成本19.56%）

3.​工艺优化：部分厂商采用水性溶剂替代或加装溶剂回收系统，但干燥能耗问题仍存

图1. 湿法电极制造过程的流程图[1]

 

二、干法电极技术突破

干法工艺跳过涂布/干燥环节，分为两大技术路线：

​1. 干混工艺（Dry Blending）​

  • 通过机械研磨或气体辅助混合实现活性物质、导电剂、粘结剂的均匀分散
  • 关键技术：双刃研磨、流态化混合，防止颗粒团聚
  • 核心价值：提升固态电池电极一致性与生产效率

​2. 干法涂布（Dry Coating）​

▶ ​Maxwell专利技术
采用PTFE粘结剂（分子量106-107g/mol）实现：

  • 干法制纤→热压成型（80℃）→压延降孔隙率
  • 卷对卷生产，厚度控制精度达微米级

▶ ​喷涂技术

  • 干混颗粒静电喷涂+UV固化增强附着力
  • 当前瓶颈：涂覆量/厚度均匀性控制

▶ ​前沿探索

  • 热熔挤出：固态电解质（SPE）薄膜制备
  • 3D打印：热塑性聚合物电极（无机材料仍处实验室阶段）

 

三、干法电极核心优势

维度

湿法工艺

干法工艺

​成本

溶剂处理占48%

降低10-15%总成本

​能耗

高（干燥+NMP回收）

无溶剂/免干燥

​性能

孔隙率30-40%

孔隙率<20%

​厚度控制

≤100μm

可达300μm

性能突破：​

1.电极厚度提升→能量密度增加15-20%

2.粘结剂分布优化→倍率性能提升

3.减少非活性物质→体积利用率提高

 

四、产业化挑战

1.材料兼容性

  • PTFE适配多数电极材料，但PVDF与LLZO等固态电解质存在界面问题
  • 硫化物电解质接触活性优于氧化物

2.​循环机制

  • 干法电极在长循环中的结构演变数据尚不完善

3.​量产瓶颈

  • 大面积电极均匀性（＞1m幅宽）
  • 干法成膜良率（当前＜90%）

 

参考文献：[1] Hawley, W. B.; Li, J. Electrode manufacturing for lithium-ion batteries—Analysis of current and next generation processing. Journal of Energy Storage 2019, 25, 100862.

 

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