本期對(duì)話核心要點(diǎn):
干法工藝的成功,絕非簡(jiǎn)單的設(shè)備堆疊,它必須是材料、工藝、裝備三者緊密咬合的系統(tǒng)性創(chuàng)新。
當(dāng)大多數(shù)企業(yè)還在追求“完成”的時(shí)候,清研已經(jīng)在追求“完美”。選擇哪種工藝,直接決定了最終電極的品質(zhì)。
清研電子的目標(biāo)是將干法成膜的面密度波動(dòng)控制在0.3%以內(nèi),這完全是對(duì)標(biāo)濕法涂布機(jī)的頂尖水平。
下一代電池技術(shù),特別是固態(tài)電池,幾乎必然會(huì)選擇干法工藝。
2027年,將會(huì)是干法電極產(chǎn)業(yè)化的“元年”,屆時(shí)將有更多企業(yè)真正投入量產(chǎn)線建設(shè)。
鋰電產(chǎn)業(yè)對(duì)工藝與設(shè)備革新的渴求,從未像今天這般迫切。
電池企業(yè)正競(jìng)相追逐大圓柱、固態(tài)電池等新技術(shù)的落地,其核心驅(qū)動(dòng)力在于,通過(guò)滿足新需求來(lái)贏取市場(chǎng)份額,甚至挑戰(zhàn)乃至打破現(xiàn)有的市場(chǎng)秩序。
在這場(chǎng)變革中,工藝與設(shè)備的創(chuàng)新,正是連接“新技術(shù)”與“新市場(chǎng)”之間那道不可或缺的橋梁。其中,以前段干法電極工藝為代表的革新,正日益成為焦點(diǎn)。
舉固態(tài)電池為例,眾多布局者已邁過(guò)技術(shù)路線選定與材料體系驗(yàn)證階段,正面臨工程化與規(guī)?;年P(guān)鍵拐點(diǎn)。
然而,正如國(guó)軒高科近期所揭示的,即便是為半固態(tài)電池籌備產(chǎn)線,也遠(yuǎn)非對(duì)現(xiàn)有濕法產(chǎn)線進(jìn)行微調(diào)所能滿足,其涉及的設(shè)備增補(bǔ)、替換乃至整體調(diào)整,遠(yuǎn)超最初預(yù)期。
對(duì)于大圓柱電池,干法工藝的應(yīng)用則進(jìn)入了爬坡過(guò)坎、追求極致良率的關(guān)鍵時(shí)期。
干法工藝的優(yōu)勢(shì)清晰且具顛覆性:摒棄溶劑,直接帶來(lái)了顯著的成本降低與環(huán)境效益;有望提升極片壓實(shí)度和能量密度,并天然適配固態(tài)電解質(zhì),契合電池技術(shù)迭代的步伐。
同時(shí),它通過(guò)將濕法所需的混合、制漿、涂布、干燥、輥壓等多個(gè)環(huán)節(jié)集成為更精簡(jiǎn)的一體化過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了流程的大幅簡(jiǎn)化,這直接轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)與投資成本的大幅削減——也正是特斯拉基于‘第一性原理’,在其4680產(chǎn)線中引入該工藝的底層邏輯。
受此前景吸引,從大圓柱的量產(chǎn)到固態(tài)電池的工程化探索,越來(lái)越多的設(shè)備企業(yè)涌入干法賽道,提供從單機(jī)到整線的解決方案。
熱潮之下,疑問(wèn)也隨之而來(lái):衡量干法工藝優(yōu)劣的真正標(biāo)準(zhǔn)是什么?它是否仍是一項(xiàng)兌現(xiàn)遙遙無(wú)期的“遠(yuǎn)期”技術(shù)?
特別是在大圓柱干法正極、硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜等關(guān)鍵領(lǐng)域,干法工藝的規(guī)?;_步顯得遲緩。這不禁讓市場(chǎng)追問(wèn):干法工藝的真正爆發(fā)點(diǎn)何時(shí)到來(lái)?又該如何合理設(shè)定預(yù)期?
要解答這些問(wèn)題,或許需要將目光投向業(yè)內(nèi)最早的探索者之一——清研電子。公司已展示出三大明顯的核心優(yōu)勢(shì),使其在這場(chǎng)技術(shù)競(jìng)賽中處于前沿地位:
一是深厚的技術(shù)淵源:孵化自深圳清華大學(xué)研究院,擁有以粉體成膜技術(shù)為核心的多年無(wú)溶劑干粉成膜材料技術(shù)積累。
二是頂尖的產(chǎn)業(yè)協(xié)同:針對(duì)干法電極兩大核心環(huán)節(jié)混料與成膜,分別與宏工科技、納科諾爾成立合資公司清研宏工、,并與材料龍頭貝特瑞深度聯(lián)合開(kāi)發(fā),集成產(chǎn)業(yè)鏈頂尖資源。
三是領(lǐng)先的規(guī)模驗(yàn)證:國(guó)內(nèi)首條0.1GWh干法電極全自動(dòng)貫通產(chǎn)線已于2025年4月投產(chǎn),并計(jì)劃于2026年落地5GWh產(chǎn)能。
基于此,高工鋰電與清研電子董事長(zhǎng)王臣博士進(jìn)行了深度對(duì)話,試圖探尋干法電極的技術(shù)現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)化路徑與未來(lái)圖景。以下為專訪實(shí)錄:
高工鋰電:清研電子4月投產(chǎn)首條0.1GWh干法電極全自動(dòng)貫通產(chǎn)線,無(wú)疑是一個(gè)重要里程碑。哪些量化指標(biāo)體現(xiàn)了其突破性?
王臣博士:這條產(chǎn)線的突破性體現(xiàn)在前后段的協(xié)同優(yōu)化上。
首先,在前段混合均質(zhì)環(huán)節(jié),我們與宏工科技成立的合資公司清研宏工,經(jīng)過(guò)一年多的沉淀,將核心指標(biāo)——物料排料率——提升到了99.5%。這遠(yuǎn)高于行業(yè)普遍約95%的水平。
排料率直接影響批次穩(wěn)定性和配方精準(zhǔn)度,是實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)、避免交叉污染的關(guān)鍵,過(guò)去單機(jī)使用時(shí)這個(gè)問(wèn)題不突出,但要貫通,這就是核心。
其次,在后段粉體成膜環(huán)節(jié),清研與納科諾爾的合資公司清研納科研發(fā)的裝備已迭代至第二代。
第一代設(shè)備解決了“從無(wú)到有”的問(wèn)題,讓大家看到了干法成膜的可行性。第二代設(shè)備則聚焦于“從有到優(yōu)”,核心是提升面密度的均勻性。
無(wú)論是機(jī)器方向(MD)還是橫向(TD),我們都取得了顯著進(jìn)步,目標(biāo)是將面密度波動(dòng)控制在0.3%以內(nèi),這是對(duì)標(biāo)濕法涂布機(jī)的領(lǐng)先水平。
高工鋰電:清研電子的干法電極膜片以“高強(qiáng)度、大幅寬、厚度可調(diào)”聞名。在0.1GWh產(chǎn)線上,這些核心參數(shù)是如何穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)的?
王臣博士:這體現(xiàn)在幾個(gè)維度。第一是幅寬,我們目前穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)800mm,負(fù)極雙面復(fù)合成膜速度大于80m/min,正極達(dá)到50m/min,而我們即將量產(chǎn)的幅寬將達(dá)到1.2米。
第二,也是我們著力突破的,是做薄。干法做厚相對(duì)容易、做薄難。清研現(xiàn)在能將膜片最薄做到30μm,并且通過(guò)精確調(diào)節(jié)輥縫與壓力,厚度精度控制在±2μm以內(nèi)。
高工鋰電:這相當(dāng)令人印象深刻。請(qǐng)問(wèn),30μm的厚度是針對(duì)所有材料體系都能實(shí)現(xiàn)嗎?包括像磷酸鐵鋰這樣處理難度較大的正極材料?
王臣博士:是的,包括三元和磷酸鐵鋰。其中,磷酸鐵鋰確實(shí)是最具挑戰(zhàn)性的。
之所以能實(shí)現(xiàn),關(guān)鍵在于堅(jiān)持材料與工藝的正向協(xié)同開(kāi)發(fā)。我們對(duì)主體材料和粘接劑都進(jìn)行了大量改性工作,絕非簡(jiǎn)單地拿客戶現(xiàn)有的濕法材料來(lái)用。這必須是一個(gè)深度結(jié)合的過(guò)程。
同時(shí),清研也首創(chuàng)并踐行了“逐級(jí)減薄”的工藝?yán)砟睢葘⒎垠w成膜,然后逐級(jí)精密減薄,最后再進(jìn)行熱復(fù)合。這已成為行業(yè)內(nèi)干法工藝的主流路線。
公司目前正在攻克的,是如何在更大幅寬(如800mm)下,保證TD方向逐級(jí)減薄的極致均勻性,這需要非常綜合的技術(shù)實(shí)力。
高工鋰電:您提到了材料協(xié)同。當(dāng)前動(dòng)力電池正朝著超快充、更高比能方向發(fā)展,高壓實(shí)鐵鋰、富鋰錳基,硅碳、鋰金屬負(fù)極等新材料層出不窮。
清研的干法電極解決方案,如何確保能適配這種快速迭代,并與成熟的濕法工藝競(jìng)爭(zhēng),尤其是在壓實(shí)密度這類(lèi)關(guān)鍵指標(biāo)上?
王臣博士:我們的終極思維,始終是讓干法工藝的產(chǎn)能效率和性能指標(biāo)全面對(duì)標(biāo)甚至超越濕法。材料體系適配性也是如此。大家都在追求高壓實(shí),濕法能做到2.7g/cm3甚至更高。
目前行業(yè)內(nèi)其他干法設(shè)備大約在2.3到2.4g/cm3,我們的目標(biāo)是2.5到2.6g/cm3。
不要小看這0.1的提升,難度非常大。干法因?yàn)闆](méi)有溶劑的潤(rùn)滑作用,粉體機(jī)械咬合強(qiáng),壓實(shí)更難。清研正是通過(guò)材料的深度改性和裝備的持續(xù)優(yōu)化,雙管齊下,才能實(shí)現(xiàn)這0.1的突破。2.5g/cm3是可以實(shí)現(xiàn)的,我們正向2.6g/cm3努力。
對(duì)于負(fù)極,干法在硅碳負(fù)極上展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。PTFE粘結(jié)劑呈纖維狀,它像微觀的“橡皮筋”,相比SBR的點(diǎn)狀連接或PVDF的膜連接,具有更好的彈性。當(dāng)硅膨脹時(shí),這種纖維網(wǎng)絡(luò)能有效束縛并將其拉回,顯著提升循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
高工鋰電:干法工藝去除溶劑,取而代之的是粘結(jié)劑重要性的提升,但也面臨導(dǎo)電性差、分散難、易脆裂等挑戰(zhàn),這在一定程度上限制了規(guī)?;瘧?yīng)用。清研在開(kāi)發(fā)更適配干法的粘結(jié)劑方面,取得了哪些具體進(jìn)展?特別是在實(shí)現(xiàn)低成本量產(chǎn)方面。
王臣博士:我們?cè)谌蚍秶鷥?nèi)篩選了二十多種粘結(jié)劑,確認(rèn)了幾款可以實(shí)現(xiàn)成膜。但清研的目標(biāo)遠(yuǎn)不止于此。
客戶要求的是更低的粘結(jié)劑用量和更好的首效。我們現(xiàn)在已將粘結(jié)劑含量降至0.7%。同時(shí)引入性能更優(yōu)的第二粘結(jié)劑,改善耗鋰問(wèn)題。
當(dāng)然,PTFE作為核心粘結(jié)劑,其纖維化特性是干法成膜的基石,我們也在持續(xù)優(yōu)化,尋求其用量與性能的最佳平衡點(diǎn)。
高工鋰電:固態(tài)電池被視為干法工藝的一大重要應(yīng)用場(chǎng)景,甚至有公司就鎖定此場(chǎng)景開(kāi)發(fā)設(shè)備。清研電子在固態(tài)電解質(zhì)干法成膜方面進(jìn)展如何?
王臣博士:我們對(duì)此高度重視。去年,清研從美國(guó)引進(jìn)了一支專門(mén)從事固態(tài)電解質(zhì)上游材料的團(tuán)隊(duì),并在清華研究院實(shí)驗(yàn)室建成了-70℃露點(diǎn)的超低濕度環(huán)境,用于固態(tài)電解質(zhì)膜的探索。
需要強(qiáng)調(diào)的是,清研的核心技術(shù)是粉體成膜,這使其天然具備適配多元材料體系的能力,包括氧化物和硫化物固態(tài)電解質(zhì)。我們的最終目標(biāo),是將成熟穩(wěn)定的成膜技術(shù)開(kāi)源出去,賦能整個(gè)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)。
高工鋰電:我們了解到,目前業(yè)內(nèi)追求將固態(tài)電解質(zhì)膜做到20μm厚度,您怎么看待這個(gè)指標(biāo)給干法工藝帶來(lái)的挑戰(zhàn)?
王臣博士:20μm確實(shí)是一個(gè)挑戰(zhàn),但能否實(shí)現(xiàn),更多還是與材料本身特性相關(guān)。我們的設(shè)備在國(guó)內(nèi)固態(tài)電池領(lǐng)域幾乎巡回驗(yàn)證了一遍,至少覆蓋了80%的企業(yè),有些能做到,有些則不能。
從設(shè)備角度看,核心挑戰(zhàn)在于極致的精度和穩(wěn)定性,尤其是在輥縫和輥隙控制上,絕不能有任何跳動(dòng)。
清研的多級(jí)熱壓成型模塊等技術(shù),不僅追求薄,更追求界面優(yōu)化,已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)電解質(zhì)-電極界面孔隙率低于3%,將離子電導(dǎo)率提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。
高工鋰電:聽(tīng)起來(lái),干法工藝的成功,并非單一環(huán)節(jié)的突破,而更像是一個(gè)材料、工藝、設(shè)備三者深度耦合、協(xié)同迭代的過(guò)程?
王臣博士:完全正確。很多人誤以為干法就是幾臺(tái)輥壓設(shè)備,其實(shí)遠(yuǎn)不止于此。干法電極必須是材料、工藝、裝備三者緊密咬合的系統(tǒng)性創(chuàng)新。
我們之所以選擇提供裝備,正是希望給合作伙伴一個(gè)“確定性”。他們可以信賴清研的設(shè)備是穩(wěn)定可靠、能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的,從而大膽地去摸索自己的工藝和材料配方,避免陷入設(shè)備和材料雙重不確定性的“雙盲”困境。
清研提供可靠的、確定的工具,讓材料、電池企業(yè)去大膽創(chuàng)新,工藝、設(shè)備的迭代反過(guò)來(lái)也會(huì)推動(dòng)材料體系的進(jìn)步。
高工鋰電:近兩年來(lái),國(guó)內(nèi)涉足干法設(shè)備的企業(yè)增多,技術(shù)路線也呈現(xiàn)多樣化,比如在纖維化環(huán)節(jié)就有氣流粉碎、雙螺桿擠出等。清研選擇的高速均質(zhì)混合一體化路線,其獨(dú)特性體現(xiàn)在哪里?如何確保不走彎路?
王臣博士:實(shí)現(xiàn)PTFE纖維化的核心在于高速剪切,多種方式都能做到。但選擇哪種工藝,直接決定了最終電極的品質(zhì)。
比如氣流法,我們認(rèn)為其剪切力過(guò)強(qiáng),會(huì)破壞活性材料顆粒的完整性,這是材料企業(yè)無(wú)法接受的。雙螺桿擠出后,往往需要造粒再打散,這可能引入面密度不均勻的問(wèn)題。
清研選擇的高速均質(zhì)混合一體化方案,沒(méi)有造粒過(guò)程,并且能最大程度保持顆粒的完整性,這對(duì)于電極性能至關(guān)重要。
可以說(shuō),當(dāng)大多數(shù)企業(yè)還在追求“完成”的時(shí)候,清研已經(jīng)在追求“完美”。
高工鋰電:行業(yè)內(nèi)對(duì)特斯拉在干法正極量產(chǎn)中曾遇到的壓輥受損等問(wèn)題非常關(guān)注。清研是如何通過(guò)工藝或設(shè)備設(shè)計(jì),來(lái)預(yù)見(jiàn)并規(guī)避類(lèi)似問(wèn)題的?
王臣博士:那是他們?cè)缙诘牟呗詥?wèn)題。我們通過(guò)大量的仿真和模擬發(fā)現(xiàn),單純依靠大壓力去壓實(shí)是錯(cuò)誤的策略。
清研采取的是相反的策略:高剪切,小壓力。這能有效實(shí)現(xiàn)成膜,同時(shí)避免對(duì)設(shè)備造成過(guò)度損傷和損耗。
高工鋰電:從研發(fā)和產(chǎn)品策略上看,清研是更側(cè)重于單一核心設(shè)備的極致突破,還是更強(qiáng)調(diào)整線工藝的打通與綜合成本優(yōu)化?在這兩者之間,如何進(jìn)行平衡與取舍?
王臣博士:我們的出發(fā)點(diǎn)是客戶服務(wù)和追求極致效率,所以我們強(qiáng)調(diào)“極簡(jiǎn)”和“一體化”。我們希望客戶用最少的設(shè)備實(shí)現(xiàn)最多的功能。
比如前段的混合均質(zhì)一體機(jī),后段的雙面成膜復(fù)合一體機(jī)。我們與宏工、納科諾爾的合作,首先是為了將單機(jī)做到極致。
在此基礎(chǔ)上,清研電子的核心價(jià)值在于實(shí)現(xiàn)性能增量,并將這些極致單機(jī)高效地貫通起來(lái),追求整線的極致性能和成本優(yōu)化。我們兩者都要,并且通過(guò)合作與整合來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡。
高工鋰電:性能增量是市場(chǎng)滲透最好的地基。那么接下來(lái),您認(rèn)為干法工藝的市場(chǎng)滲透路徑會(huì)是怎樣的?是更傾向于瞄準(zhǔn)固態(tài)電池這樣的新興技術(shù)和新增產(chǎn)能,還是也會(huì)積極考慮對(duì)現(xiàn)有龐大的濕法產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)替代?
王臣博士:兩者都會(huì)有,但節(jié)奏不同。
首先,下一代電池技術(shù),特別是固態(tài)電池,幾乎必然會(huì)選擇干法。用濕法做固態(tài),其環(huán)境和安全風(fēng)險(xiǎn)堪比建造一個(gè)化工廠。
其次是新增產(chǎn)能。現(xiàn)在已經(jīng)有企業(yè)在規(guī)劃新產(chǎn)線時(shí),直接預(yù)留干法的空間,因?yàn)樗芄?jié)省大量占地面積。
最后是存量市場(chǎng)的舊線改造。一些早期建設(shè)、自動(dòng)化程度不高的濕法線面臨淘汰,改造為干法線是可行的,但這會(huì)是下一步。目前來(lái)看,增量市場(chǎng)的需求更為主流。
高工鋰電:據(jù)您觀察,當(dāng)前哪類(lèi)客戶或應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)干法技術(shù)的需求表現(xiàn)得最為迫切?或者說(shuō),哪種電池類(lèi)型(大圓柱、方形、軟包)或應(yīng)用場(chǎng)景(動(dòng)力、儲(chǔ)能、高端消費(fèi)電子),將成為干法工藝大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的最大確定性來(lái)源?
王臣博士:最迫切的肯定是主機(jī)廠,也就是車(chē)企。成本是他們最核心的考量之一,加上特斯拉的示范效應(yīng),他們對(duì)干法的關(guān)注度非常高。其次是消費(fèi)電子行業(yè),這個(gè)領(lǐng)域?qū)π录夹g(shù)的擁抱和驗(yàn)證速度總是更快,對(duì)設(shè)備迭代的需求也很迫切。
目前,我們的首代機(jī)型銷(xiāo)量約在15到16臺(tái),今年會(huì)結(jié)合下游客戶反饋,進(jìn)一步優(yōu)化性能,特別是面密度均勻性。
高工鋰電:綜合以上,您對(duì)干法電極工藝及設(shè)備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間節(jié)點(diǎn),有一個(gè)怎樣的判斷?
王臣博士:清研電子自己的規(guī)劃是,2026年下半年,建成并運(yùn)營(yíng)國(guó)內(nèi)首條5GWh級(jí)別的干法電極生產(chǎn)線。
放眼整個(gè)行業(yè),我個(gè)人認(rèn)為,2027年,將會(huì)是干法電極產(chǎn)業(yè)化的“元年”。屆時(shí),我們會(huì)看到更多企業(yè)開(kāi)始真正規(guī)劃和投入建設(shè)干法電極的量產(chǎn)線。
當(dāng)然,干法目前還處于顛覆性的“初步創(chuàng)新”階段,遠(yuǎn)未到極致。但我堅(jiān)信,就像今天的濕法涂布機(jī)一樣,干法工藝早晚也會(huì)進(jìn)入極致創(chuàng)新階段,并成為行業(yè)的主流技術(shù)之一。
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