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高工獨家 | 專訪清研電子,10問干法電極必要性

05/31 10:55
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本期對話核心要點:

干法工藝的成功,絕非簡單的設(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。

當大多數(shù)企業(yè)還在追求“完成”的時候,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)。

清研電子的目標是將干法成膜的面密度波動控制在0.3%以內(nèi),這完全是對標濕法涂布機的頂尖水平。

下一代電池技術(shù),特別是固態(tài)電池,幾乎必然會選擇干法工藝。

2027年,將會是干法電極產(chǎn)業(yè)化的“元年”,屆時將有更多企業(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)動力在于,通過滿足新需求來贏取市場份額,甚至挑戰(zhàn)乃至打破現(xiàn)有的市場秩序。

在這場變革中,工藝與設(shè)備的創(chuàng)新,正是連接“新技術(shù)”與“新市場”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。

舉固態(tài)電池為例,眾多布局者已邁過技術(shù)路線選定與材料體系驗證階段,正面臨工程化與規(guī)?;年P(guān)鍵拐點。

然而,正如國軒高科近期所揭示的,即便是為半固態(tài)電池籌備產(chǎn)線,也遠非對現(xiàn)有濕法產(chǎn)線進行微調(diào)所能滿足,其涉及的設(shè)備增補、替換乃至整體調(diào)整,遠超最初預(yù)期。

對于大圓柱電池,干法工藝的應(yīng)用則進入了爬坡過坎、追求極致良率的關(guān)鍵時期。

干法工藝的優(yōu)勢清晰且具顛覆性:摒棄溶劑,直接帶來了顯著的成本降低與環(huán)境效益;有望提升極片壓實度和能量密度,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,它通過將濕法所需的混合、制漿、涂布、干燥、輥壓等多個環(huán)節(jié)集成為更精簡的一體化過程,實現(xiàn)了流程的大幅簡化,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,越來越多的設(shè)備企業(yè)涌入干法賽道,提供從單機到整線的解決方案。

熱潮之下,疑問也隨之而來:衡量干法工藝優(yōu)劣的真正標準是什么?它是否仍是一項兌現(xiàn)遙遙無期的“遠期”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。這不禁讓市場追問:干法工藝的真正爆發(fā)點何時到來?又該如何合理設(shè)定預(yù)期?

要解答這些問題,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,使其在這場技術(shù)競賽中處于前沿地位:

一是深厚的技術(shù)淵源:孵化自深圳清華大學研究院,擁有以粉體成膜技術(shù)為核心的多年無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)合開發(fā),集成產(chǎn)業(yè)鏈頂尖資源。

三是領(lǐng)先的規(guī)模驗證:國內(nèi)首條0.1GWh干法電極全自動貫通產(chǎn)線已于2025年4月投產(chǎn),并計劃于2026年落地5GWh產(chǎn)能。

基于此,高工鋰電與清研電子董事長王臣博士進行了深度對話,試圖探尋干法電極的技術(shù)現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)化路徑與未來圖景。以下為專訪實錄:

高工鋰電:清研電子4月投產(chǎn)首條0.1GWh干法電極全自動貫通產(chǎn)線,無疑是一個重要里程碑。哪些量化指標體現(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)過一年多的沉淀,將核心指標——物料排料率——提升到了99.5%。這遠高于行業(yè)普遍約95%的水平。

排料率直接影響批次穩(wěn)定性和配方精準度,是實現(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)、避免交叉污染的關(guān)鍵,過去單機使用時這個問題不突出,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“從無到有”的問題,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。

無論是機器方向(MD)還是橫向(TD),我們都取得了顯著進步,目標是將面密度波動控制在0.3%以內(nèi),這是對標濕法涂布機的領(lǐng)先水平。

高工鋰電:清研電子的干法電極膜片以“高強度、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)在幾個維度。第一是幅寬,我們目前穩(wěn)定實現(xiàn)800mm,負極雙面復(fù)合成膜速度大于80m/min,正極達到50m/min,而我們即將量產(chǎn)的幅寬將達到1.2米。

第二,也是我們著力突破的,是做薄。干法做厚相對容易、做薄難。清研現(xiàn)在能將膜片最薄做到30μm,并且通過精確調(diào)節(jié)輥縫與壓力,厚度精度控制在±2μm以內(nèi)。

高工鋰電:這相當令人印象深刻。請問,30μm的厚度是針對所有材料體系都能實現(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,磷酸鐵鋰確實是最具挑戰(zhàn)性的。

之所以能實現(xiàn),關(guān)鍵在于堅持材料與工藝的正向協(xié)同開發(fā)。我們對主體材料和粘接劑都進行了大量改性工作,絕非簡單地拿客戶現(xiàn)有的濕法材料來用。這必須是一個深度結(jié)合的過程。

同時,清研也首創(chuàng)并踐行了“逐級減薄”的工藝理念——先將粉體成膜,然后逐級精密減薄,最后再進行熱復(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方向逐級減薄的極致均勻性,這需要非常綜合的技術(shù)實力。

高工鋰電:您提到了材料協(xié)同。當前動力電池正朝著快充、更高比能方向發(fā)展,高壓實鐵鋰、富鋰錳基,硅碳、鋰金屬負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爭,尤其是在壓實密度這類關(guān)鍵指標上?

王臣博士:我們的終極思維,始終是讓干法工藝的產(chǎn)能效率和性能指標全面對標甚至超越濕法。材料體系適配性也是如此。大家都在追求高壓實,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。干法因為沒有溶劑的潤滑作用,粉體機械咬合強,壓實更難。清研正是通過材料的深度改性和裝備的持續(xù)優(yōu)化,雙管齊下,才能實現(xiàn)這0.1的突破。2.5g/cm3是可以實現(xiàn)的,我們正向2.6g/cm3努力。

對于負極,干法在硅碳負極上展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。PTFE粘結(jié)劑呈纖維狀,它像微觀的“橡皮筋”,相比SBR的點狀連接或PVDF的膜連接,具有更好的彈性。當硅膨脹時,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。清研在開發(fā)更適配干法的粘結(jié)劑方面,取得了哪些具體進展?特別是在實現(xiàn)低成本量產(chǎn)方面。

王臣博士:我們在全球范圍內(nèi)篩選了二十多種粘結(jié)劑,確認了幾款可以實現(xiàn)成膜。但清研的目標遠不止于此。

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%。同時引入性能更優(yōu)的第二粘結(jié)劑,改善耗鋰問題。

當然,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。

高工鋰電:固態(tài)電池被視為干法工藝的一大重要應(yīng)用場景,甚至有公司就鎖定此場景開發(fā)設(shè)備。清研電子在固態(tài)電解質(zhì)干法成膜方面進展如何?

王臣博士:我們對此高度重視。去年,清研從美國引進了一支專門從事固態(tài)電解質(zhì)上游材料的團隊,并在清華研究院實驗室建成了-70℃露點的超低濕度環(huán)境,用于固態(tài)電解質(zhì)膜的探索。

需要強調(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,是將成熟穩(wěn)定的成膜技術(shù)開源出去,賦能整個固態(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,您怎么看待這個指標給干法工藝帶來的挑戰(zhàn)?

王臣博士:20μm確實是一個挑戰(zhàn),但能否實現(xiàn),更多還是與材料本身特性相關(guān)。我們的設(shè)備在國內(nèi)固態(tài)電池領(lǐng)域幾乎巡回驗證了一遍,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。

清研的多級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)率提升一個數(shù)量級。

高工鋰電:聽起來,干法工藝的成功,并非單一環(huán)節(jié)的突破,而更像是一個材料、工藝、設(shè)備三者深度耦合、協(xié)同迭代的過程?

王臣博士:完全正確。很多人誤以為干法就是幾臺輥壓設(shè)備,其實遠不止于此。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“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)備的迭代反過來也會推動材料體系的進步。

高工鋰電:近兩年來,國內(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,其獨特性體現(xiàn)在哪里?如何確保不走彎路?

王臣博士:實現(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,我們認為其剪切力過強,會破壞活性材料顆粒的完整性,這是材料企業(yè)無法接受的。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題。

清研選擇的高速均質(zhì)混合一體化方案,沒有造粒過程,并且能最大程度保持顆粒的完整性,這對于電極性能至關(guān)重要。

可以說,當大多數(shù)企業(yè)還在追求“完成”的時候,清研已經(jīng)在追求“完美”。

高工鋰電:行業(yè)內(nèi)對特斯拉在干法正極量產(chǎn)中曾遇到的壓輥受損等問題非常關(guān)注。清研是如何通過工藝或設(shè)備設(shè)計,來預(yù)見并規(guī)避類似問題的?

王臣博士:那是他們早期的策略問題。我們通過大量的仿真和模擬發(fā)現(xiàn),單純依靠大壓力去壓實是錯誤的策略。

清研采取的是相反的策略:高剪切,小壓力。這能有效實現(xiàn)成膜,同時避免對設(shè)備造成過度損傷和損耗。

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,如何進行平衡與取舍?

王臣博士:我們的出發(fā)點是客戶服務(wù)和追求極致效率,所以我們強調(diào)“極簡”和“一體化”。我們希望客戶用最少的設(shè)備實現(xiàn)最多的功能。

比如前段的混合均質(zhì)一體機,后段的雙面成膜復(fù)合一體機。我們與宏工、納科諾爾的合作,首先是為了將單機做到極致。

在此基礎(chǔ)上,清研電子的核心價值在于實現(xiàn)性能增量,并將這些極致單機高效地貫通起來,追求整線的極致性能和成本優(yōu)化。我們兩者都要,并且通過合作與整合來實現(xiàn)平衡。

高工鋰電:性能增量是市場滲透最好的地基。那么接下來,您認為干法工藝的市場滲透路徑會是怎樣的?是更傾向于瞄準固態(tài)電池這樣的新興技術(shù)和新增產(chǎn)能,還是也會積極考慮對現(xiàn)有龐大的濕法產(chǎn)線進行技術(shù)替代?

王臣博士:兩者都會有,但節(jié)奏不同。

首先,下一代電池技術(shù),特別是固態(tài)電池,幾乎必然會選擇干法。用濕法做固態(tài),其環(huán)境和安全風險堪比建造一個化工廠。

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,直接預(yù)留干法的空間,因為它能節(jié)省大量占地面積。

最后是存量市場的舊線改造。一些早期建設(shè)、自動化程度不高的濕法線面臨淘汰,改造為干法線是可行的,但這會是下一步。目前來看,增量市場的需求更為主流。

高工鋰電:據(jù)您觀察,當前哪類客戶或應(yīng)用場景對干法技術(shù)的需求表現(xiàn)得最為迫切?或者說,哪種電池類型(大圓柱、方形、軟包)或應(yīng)用場景(動力、儲能、高端消費電子),將成為干法工藝大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的最大確定性來源?

王臣博士:最迫切的肯定是主機廠,也就是車企。成本是他們最核心的考量之一,加上特斯拉的示范效應(yīng),他們對干法的關(guān)注度非常高。其次是消費電子行業(yè),這個領(lǐng)域?qū)π录夹g(shù)的擁抱和驗證速度總是更快,對設(shè)備迭代的需求也很迫切。

目前,我們的首代機型銷量約在15到16臺,今年會結(jié)合下游客戶反饋,進一步優(yōu)化性能,特別是面密度均勻性。

高工鋰電:綜合以上,您對干法電極工藝及設(shè)備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的時間節(jié)點,有一個怎樣的判斷?

王臣博士:清研電子自己的規(guī)劃是,2026年下半年,建成并運營國內(nèi)首條5GWh級別的干法電極生產(chǎn)線。

放眼整個行業(yè),我個人認為,2027年,將會是干法電極產(chǎn)業(yè)化的“元年”。屆時,我們會看到更多企業(yè)開始真正規(guī)劃和投入建設(shè)干法電極的量產(chǎn)線。

當然,干法目前還處于顛覆性的“初步創(chuàng)新”階段,遠未到極致。但我堅信,就像今天的濕法涂布機一樣,干法工藝早晚也會進入極致創(chuàng)新階段,并成為行業(yè)的主流技術(shù)之一。

聲明:本文章屬高工鋰電原創(chuàng)(微信號:weixin-gg-lb),轉(zhuǎn)載請注明出處。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系(微信號:zhaochong1213)獲得授權(quán)。

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