万联证券电力设备深度报告指出,干法电极是固态电池前段设备的核心工艺方向。与湿法工艺相比,干法电极不使用液态溶剂,具备低成本(总成本降低15%)、高效率(生产时间减少16%-21%)、环保和能量密度提升的核心优势。对于固态电池制备,干法工艺与固态电解质的兼容性更高,能够降低界面阻抗。干法电极制备主要分为干混、干涂、压延、分切四个步骤,其中辊压设备是关键,对压实压力、精度和均匀度的要求更高。
干法电极vs湿法电极:成本、效率、性能全面占优
干法电极是一种新型的电极制备技术,直接将活性材料、导电剂和粘合剂的固态粉末混合,不使用液态溶剂。与传统湿法工艺相比,干法电极工艺具备多项核心优势。成本方面,湿法工艺中电极干燥和溶剂回收相关成本占47%,干法工艺不使用溶剂NMP,总成本降低15%。效率方面,湿法工艺需7个步骤、干燥和溶剂回收耗时超3小时,干法工艺仅需5个步骤、无需干燥时间,生产时间减少16.2%-21.4%。能耗方面,湿法工艺约47%的总能耗用于干燥和溶剂回收,干法工艺能源成本降低38%-40%。性能方面,干法工艺孔隙率降低、颗粒粘附性更好(>5mAh/cm²),电极机械强度显著提高。对于固态电池制备,干法工艺不需要使用有机溶剂,减少了与固态电解质发生副反应的风险。湿法工艺的关键是粘结剂和溶剂的选择,大多数硫化物电解质不能用极性溶剂处理,若采用湿法工艺则需要选择非极性溶剂如甲苯、二甲苯等,存在局限性。
干法电极制备工艺:干混、干涂、压延、分切四步
干法电极制备主要分为干混、干涂、压延、分切四个步骤。干混步骤方面,主要采用双刀片研磨法和球磨法等机械物理方法将活性物质、导电剂、粘结剂等混合均匀,并在干混过程中避免结块。干涂步骤方面,当前主要方法包括聚合物纤维化法、干粉喷涂沉积法、气相沉积法、热熔挤压法、直接压制法和3D打印法六种。从专利数量占比来看,纤维化法和静电喷涂法分别占64%和21%,合计达85%。特斯拉主要采用纤维化法,于2019年收购Maxwell公司,利用其干法电极技术推动电池技术进步。日本丰田、美国AMB则主要发展静电喷涂法。辊压步骤方面,压延是决定电极膜密度、均匀性和机械强度的核心工序。干法电极对辊压设备的压实压力、精度和均匀度的要求更高,需配备更精密的传感器和控制系统,将电极膜厚度均匀性误差控制在极小范围内。
干法电极设备加速国产替代,国内企业实现突破
干法电极设备领域竞争激烈,国内企业加速布局。2025年7月24日,由清研电子、清研纳科(纳科诺尔联营企业)自主研发的高速宽幅(固态)干法电极设备顺利交付至国内头部主机厂,这是国内首台高速宽幅干法电极成膜复合设备。该设备幅宽800mm,速度最高50m/min,具备无溶剂、低能耗、高效率的优势。先导智能已陆续实现固态电池干法电极涂布设备、复合转印设备、极片框印设备、高速叠片设备等的交付,材料与制造综合成本降幅超15%。曼恩斯特以干法电极工艺为核心,通过陶瓷双螺杆纤维化技术杜绝金属异物,构建起全产线连续生产模式。赢合科技2024年推出了第三代干法混料纤维化+干法成膜工艺集成化设备。随着全固态电池产业化推进,干法电极技术将不断进步,设备陆续导入产线验证,设备订单有望加速落地。
辊压设备:干法电极的核心装备,性能要求大幅提升
在干法电极工艺中,辊压设备是关键核心设备。由于干法电极缺乏液态溶剂的润湿作用,颗粒间结合力较弱,需要更大的外部压力来实现颗粒的紧密压实,以提高电极膜的密度和强度。辊压精度和膜厚均匀性对电极的成品率、能量密度和电池性能稳定性至关重要。纳科诺尔是国内锂电池辊压设备龙头企业,辊压设备营收占比保持在80%以上,2024年增长至93.56%。公司核心客户包括宁德时代、比亚迪等,在锂电辊压设备领域市占率较高。纳科诺尔与清研电子共同投资设立的合资公司清研纳科在干法电极装备领域掌握了多项关键技术,已陆续推出干法电极设备四辊、五辊、六辊、八辊、十辊等系列产品。
| 对比维度 | 湿法电极 | 干法电极 | 优势 |
|---|---|---|---|
| 成本 | 干燥/溶剂回收占47% | 总成本降低15% | 干法 |
| 生产步骤 | 7个步骤 | 5个步骤 | 干法 |
| 生产时间 | 干燥>3小时 | 无需干燥,减少16%-21% | 干法 |
| 能耗 | 47%用于干燥/回收 | 能源成本降低38%-40% | 干法 |
| 溶剂使用 | NMP等有机溶剂 | 无溶剂 | 干法 |
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