方正证券研报将干法电极技术定位为全固态电池产业化的“咽喉”环节。全固态电池需彻底取消液态电解液,传统湿法工艺因溶剂残留问题被淘汰,干法电极技术成为刚需。干法电极省去传统湿法的涂布、烘干及溶剂回收环节,设备投资约3000万元/GWh,能耗减少50%以上,厂房面积节省20%。纳科诺尔、曼恩斯特、先导智能等国内厂商已处于领先地位,2024年已实现GWh级设备交付。
干法电极:全固态电池产业化的“咽喉”环节
全固态电池与前段工艺的最大变革来自干法电极技术取代传统湿法涂布。传统湿法电极工艺使用大量有机溶剂NMP,NMP溶剂自身存在一定化学毒性,后续需使用额外设备进行极片烘干和溶剂回收。全固态电池需彻底取消液态电解液,传统湿法工艺因溶剂残留问题被淘汰,干法电极技术(无溶剂混合+干法辊压)成为刚需,设备单价提升50%以上。
干法电极工艺使用PTFE(聚四氟乙烯)作为粘结剂,PTFE范德华力较低,在外部剪切力的作用下会发生原纤维化,将活性颗粒和导电剂包裹并形成连续的三维网状结构。干法工艺相比于湿法,不存在NMP溶剂蒸发后留下的较大间隙,可实现更低孔隙率和更高压实密度,改善界面接触,降低界面阻抗。
干法电极工艺使用PTFE(聚四氟乙烯)作为粘结剂,PTFE范德华力较低,在外部剪切力的作用下会发生原纤维化,将活性颗粒和导电剂包裹并形成连续的三维网状结构。干法工艺相比于湿法,不存在NMP溶剂蒸发后留下的较大间隙,可实现更低孔隙率和更高压实密度,改善界面接触,降低界面阻抗。
干法电极设备投资与降本效应
干法电极设备投资在全固态电池设备中占据重要份额。前段干法电极设备单GWh投资约3000万元,辊压成膜设备单GWh投资约4000万元。干法电极省去传统湿法的涂布、烘干及溶剂回收环节,能耗减少50%以上,厂房面积节省20%。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,可降低流转时间,提高生产效率及产品一致性。
从价值量来看,单GWh的固态电池产能需要投资约5000万元用于干法设备,前道工序的纤维化、物料输送环节与后道工序的辊压成型环节各占约50%的价值。干法电极用辊压机相比普通辊压设备需使用更大的压力(3500吨级),确保电极膜致密化,降低电极膜孔隙率,同时需采用多级辊压设计,逐步压实以避免材料开裂。
从价值量来看,单GWh的固态电池产能需要投资约5000万元用于干法设备,前道工序的纤维化、物料输送环节与后道工序的辊压成型环节各占约50%的价值。干法电极用辊压机相比普通辊压设备需使用更大的压力(3500吨级),确保电极膜致密化,降低电极膜孔隙率,同时需采用多级辊压设计,逐步压实以避免材料开裂。
干法电极主流工艺路线:原纤化法领先
目前干法电极分粘接剂原纤化法和静电喷涂法,原纤化法在后续可加工性、粘连稳固性、电极柔韧和耐久性上更有优势,是当前主流选择。原纤化法通过将活性材料与粘结剂PTFE、导电剂在干燥状态下充分混合后,送入原纤化制膜机,通过高剪切力设备对混合后的粉末进行剪切处理,使PTFE粘结剂形成纤维网络。
原纤维化设备主要包括三类:气流粉碎机通过高速气流对PTFE进行剪切和拉伸;螺杆挤出机通过螺杆对PTFE进行挤压和剪切;开炼机利用差速辊压过程中的剪切力使粘结剂纤维化。纤维化后的混合材料在辊压后会形成电极材料自支撑膜,后续可通过辊压与固态电解质膜、集流体复合。
原纤维化设备主要包括三类:气流粉碎机通过高速气流对PTFE进行剪切和拉伸;螺杆挤出机通过螺杆对PTFE进行挤压和剪切;开炼机利用差速辊压过程中的剪切力使粘结剂纤维化。纤维化后的混合材料在辊压后会形成电极材料自支撑膜,后续可通过辊压与固态电解质膜、集流体复合。
干法电极设备龙头布局与进展
国内干法电极设备厂商已处于领先地位。纳科诺尔2024年智能辊压设备实现营收9.86亿元,同比增长13.44%,毛利率23.11%。公司干法电极成型复合一体机已获头部客户订单,建设联合实验室推进固态电池产业化。公司积极布局下一代动力电池技术,募投集中固态电池领域。
曼恩斯特已初步完成干法前段整线的成膜技术布局,在混合设备、双螺杆挤出设备、多辊成膜设备等核心产品均有订单贡献。公司在纤维化及复合成膜工艺已获得少量设备订单。先导智能在干法电极涂布机方面实现硫化物惰性气氛控制(露点≤-60℃),厚度误差≤2μm,2024年交付韩国客户,单台价值1000-1200万元。
曼恩斯特已初步完成干法前段整线的成膜技术布局,在混合设备、双螺杆挤出设备、多辊成膜设备等核心产品均有订单贡献。公司在纤维化及复合成膜工艺已获得少量设备订单。先导智能在干法电极涂布机方面实现硫化物惰性气氛控制(露点≤-60℃),厚度误差≤2μm,2024年交付韩国客户,单台价值1000-1200万元。
| 公司 | 核心设备 | 2024年进展 | 客户绑定 |
|---|---|---|---|
| 纳科诺尔 | 干法辊压成型复合一体机 | 营收9.86亿元+13.44%,已获头部客户订单 | 宁德时代、比亚迪 |
| 曼恩斯特 | 干法前段整线成膜设备 | 混合设备、双螺杆挤出设备、多辊成膜设备均有订单 | 国轩高科、SK On |
| 先导智能 | 干法电极涂布机 | 2024年交付韩国客户,单台1000-1200万元 | 三星SDI、宁德时代 |
| 赢合科技 | 干法成膜集成设备 | 纤维化+成膜一体化,效率50米/分钟 | 清陶能源、亿纬锂能 |
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