锂离子电池电极制造技术的创新与发展
在新能源动力和储能设备领域，锂离子电池凭借高能量密度、高功率以及长循环寿命等显著优势，占据着无可替代的主导地位。随着商用锂离子电池的持续发展，行业对于其制造成本和性能的要求愈发严苛。要知道，锂离子电池的成本与性能，在极大程度上取决于电极的制造工艺。因此，创新、可靠且低成本的电极制造技术，对于推动锂电池的大规模应用起着至关重要的作用。
当前，先进的商业锂电池大多采用制浆涂布的方式来制造电极。制浆，就是把阳极或阴极活性粉体、导电剂、黏结剂以及助剂均匀分散在溶剂里，形成稳定悬浮液的过程。一般而言，阳极会使用去离子水，而阴极浆料制备则常用有机溶剂 N – 甲基吡咯烷酮（NMP）。涂布时，将制备好的浆液通过槽模涂布机浇铸在基材上，随后在长达数十米的烘箱中进行干燥。由于要在短时间内蒸发溶剂，干燥需在高温环境下进行，受物料、溶剂（水或 NMP）、涂布速度等因素影响，干燥温度通常会超过 100℃，这一过程伴随着大量的能量消耗。此外，在阴极制造过程中，鉴于 NMP 潜在的环境危害，还需要配备昂贵且复杂的 NMP 回收系统，这无疑进一步增加了制造成本。
为满足高能量密度的需求，厚电极制造成为关键发展方向。然而，传统的制浆涂布工艺却严重制约了厚电极的制造。商用电极的厚度一般小于 100μm，若利用制浆涂布工艺制造厚电极，烘干过程极易出现黏结剂分布不均的问题。一旦粘合剂上浮至电极顶部，会直接致使电极内粘合剂含量降低，电极颗粒间的凝聚力变差，同时电极与集流器界面的附着力也会受到影响。凝聚力和附着力降低，会进一步削弱电极的机械完整性，最终导致产量下降以及产能衰退。
相较之下，在无溶剂条件下的干法电极制造，有望突破厚电极制造面临的诸多限制。在干法电极工艺中，粘合、活性物质和导电添加剂一同干燥均质，能够在避免粘合剂分布不均匀的情况下制造厚电极。采用厚度增加的电极，可显著提升能量密度。作为降低制造成本、提高电极质量的极具潜力的解决方案之一，干法电极工艺正受到越来越多的关注。其优势主要体现在以下几个方面：
- 成本降低：由于无需使用溶剂及其相关的蒸发、回收和干燥设备，干法电极工艺能够大幅削减生产成本。有数据显示，生产 100 万个锂离子电池，采用该工艺可节省约 56% 的成本。
- 避免电极分层：干法电极工艺无需溶剂，就能实现电极材料各组分的均匀分布，有效避免因溶剂蒸发引发的电极分层现象。
- 增大电极活性物质载量：此工艺适用于制备厚电极，能更好地把控电极厚度和均匀性，尤其适用于超高载量电极的制备。
- 环境友好：无溶剂的干法电极技术可有效减少对环境的污染。
除了干法电极工艺，驰飞的超声波喷涂技术在锂离子电极工艺中也展现出独特的应用与优势。超声波喷涂是利用超声波的高频振动，将浆料雾化成极其细小且均匀的颗粒，然后精准地喷涂在电极基材上。这种技术能够实现极薄且均匀的涂层，大大提高了电极的一致性和性能稳定性。同时，由于其雾化效率高，浆料利用率大幅提升，减少了原材料的浪费，间接降低了生产成本。在厚电极制备中，超声波喷涂可以确保活性物质、导电剂和黏结剂在涂层中均匀分布，克服了传统工艺中可能出现的成分偏析问题，进一步提升了厚电极的质量和性能。
干法电极工艺作为绿色能源的新希望，在成本和电池性能方面优势显著，并且在固态电池和预锂化等其他工艺中具有潜在的应用前景。不过，目前在工艺制造及产业化进程中，仍然面临着诸多巨大挑战。比如，干法电极黏结剂的粘结机理、类别差异、电芯层级的长循环性能、工艺过程稳定性评估等，都是行业研究人员重点关注的问题。在干法电极工艺成膜阶段，元能引入了 PRCD、BER、EIC 等系列设备，用于粉体和极片层级性能评估，助力工艺配比优化和工艺方案改进。此外，对于成膜工艺的后工序段，元能科技还拥有电化学性能分析、电芯产气、膨胀性能测试等相关评估设备，能够对相应指标进行评估表征，为科学研究和工业应用提供全新的支持与思路。
在不断追求高性能、低成本锂离子电池的道路上，像干法电极工艺、超声波喷涂技术等创新方法，以及元能科技提供的先进设备与技术支持，正推动着锂离子电池电极制造技术迈向新的高度，为新能源产业的发展注入源源不断的动力。
关于驰飞
驰飞的解决方案是环保、高效和高度可靠的，可大幅减少过量喷涂，节省原材料，并提高均一性、转移效率、均匀性和减少排放。为企业提供围绕功能涂层的全套解决方案及长期技术支持，保证客户涂层稳定量产；针对特殊器械涂层需求，提供涂层定制研发服务；提供各类涂层代工服务。
杭州驰飞是超声镀膜系统开发商和制造商，产品主要应用于燃料电池质子交换膜喷涂、薄膜太阳能电池、钙钛矿、微电子、半导体、 纳米新材料、玻璃镀膜、 生物医疗、纺织品等领域。
