據媒體報道，中國或將投入約60億元用于全固態電池研發，以鼓勵寧德時代、比亞迪、衛藍新能源等六家企業對全固態電池相關技術開展研發。業界人士認為，此次國家層面在電池技術領域出手布局，或因全固態電池能量密度有望突破500Wh/kg，將成為全球“下一代電池”競爭的技術高地。
目前，中國、美國、日本、韓國等國競相布局具有顛覆性技術的全固態電池的研發，以搶占未來的發展機遇。這也給上游材料和設備企業提供了一個競爭力展示的舞臺和巨大的潛在市場，尤其是在設備領域，升級迭代已是箭在弦上。
值得注意的是，濕法和干法是鋰電前段設備的兩大主流技術路線。相較傳統濕法技術，干法技術在半固態及全固態等高比能電池的電極和電解質制造過程中，將更具規模化應用前景。
不過，寧德時代首席科學家吳凱指出，全固態電池的主要挑戰之一是生產難題。目前極片制造工藝不成熟，濕法工藝中，如果溶劑與電解質化學不兼容，可能降低電解質的離子電導率，而干法工藝還存在(提高)膜片分散性、均勻性等挑戰。
在此背景下，一批具有技術創新能力的設備企業，持續研發并不斷升級相關干法設備。其中，深圳市曼恩斯特科技股份有限公司推出的400型干法復合制膜一體機，在近期的行業展會上一經亮相，就獲得正負極材料、電解質、電池等企業的高度關注。
據介紹，曼恩斯特400型干法復合制膜一體機，不僅可以實現電極膜片成型，以及電極膜片與集流體復合的一體化功能，而且還適用于固態電解質膜片的制備。
作為鋰電池濕法涂布環節的龍頭企業，曼恩斯特為何涉足干法設備領域?其400型干法復合制膜一體機將如何助力干法技術規模化應用?電池中國進行了深入了解。
01
集成制膜、集流體復合兩大環節
從市場需求看，理論上，在“陸海空”等多個巨量市場電動化過程中，全固態電池將逐步解決電動汽車/船舶/航空器等終端載體續航里程短、電池成本高等痛點。
作為全固態電池制造的核心環節之一，在制備極片時，干法電極技術有潛力將電芯能量密度提升至500Wh/kg，實現下游超長續航;而且在不使用有毒溶劑、減少電極分層、縮短生產線流程、減少設備投入、降低能耗、降低生產成本等方面，較濕法技術都具有明顯的優勢。
例如，干法電極技術可以實現更高的壓實密度：磷酸鐵鋰的壓實密度可以從目前主流的2.30 g/cm3提升至3.05 g/cm3，提升幅度超30%;三元材料也可以從3.34 g/cm3提升至3.62 g/cm3，提升幅度超8%。這意味著單位體積下材料含有更多的活性物質，從而可實現電芯能量密度的提升。
據悉，特斯拉的干法電極工藝能夠減少18%的生產成本，縮短70%的生產線流程，并減少41%的設備投入。
而所謂干法工藝，是指通過物理或化學方法將粉末狀的活性材料、導電劑和少量或無粘結劑混合并成型為自支撐或非自支撐的膜片，作為鋰電池的正極、負極或電解質。
從干法設備供應端看，目前國內干法電極設備平均水平是制膜寬度超450mm、輥壓速度超50m/min、面密度精度誤差±1.2%、厚度精度±2.5μm。
曼恩斯特是國內最早一批布局干法設備的企業之一，據了解，其400型干法復合制膜一體機制膜寬度150～800mm、制膜厚度75～250μm、面密度精度誤差±1%、厚度精度±2μm、壓輥壓力最大50T、輥壓速度最快高達65m/min、壓輥輥縫間隙0～2mm、輥縫調節精度0.001mm，均處于行業領先水平。
曼恩斯特400型干法復合制膜一體機示意圖
從技術角度看，該設備采用多輥并排連軋技術，配合使用供料單螺桿擠出機、漸變截面模頭、壓輥驅動等部件，融合粉體分散、伺服輥縫控制、測厚、切邊寬度/糾偏控制等技術，可以精確調節壓輥輥縫間隙、壓力及溫度，實現粉體混合物高效、連續、均勻擠出成型，以及膜片的多級壓延成型;集放卷、復合及收卷功能于一體，實現集流體與膜片的高效復合。
02
干法設備獨特優勢顯現
電池中國認為，盡管目前產業鏈企業仍以濕法涂布為主，但是以曼恩斯特400型干法復合制膜一體機為代表的干法設備，其獨特的優勢已經開始顯現：
一是，該設備擠出供料環節創新采用單螺桿擠出機與漸變截面模頭配合方式。漸變截面模頭所形成的變形腔，有效降低了原料流動阻力，可將物料擠壓為扁平形膜片，提高了擠出效率、降低了能耗，并使擠出物具有更高的密實度和均勻性。
這種組合方式實現了粉體混合物的高效、穩定擠出成型;提高了膜片能量密度，且操作簡單、維護方便，降低了生產成本和能耗。
二是，該設備核心指標引領干法設備技術創新，能夠更好地助力電極、電解質、電池制造商試驗新材料、新工藝。
在制備極片時，該設備無論是在面密度精度誤差還是厚度精度上，都優于目前行業平均水平。針對全固態等高比能電池的研發過程，極片面密度精度直接影響極片表面的光滑度，進而影響電池系統的電化學性能，因此，該設備便于下游企業提高加工材料的精度，可以更精準地進行相關研發測試。
三是，采用該設備制備電極時，電極粉體被三維網絡結構相互交聯，這可以防止活性物質顆粒在電池充放電循環過程中發生脫落，使電池具有良好的循環穩定性能。
四是，無需添加任何溶劑。一方面，濕法工藝因使用大量水和有機溶劑，故需要進行材料烘干和溶劑回收，這不僅增加了能耗和生產流程，還提高了環保的成本;干法工藝則無需烘干和溶劑回收裝置，沒有有機廢氣排放，因而設備更少、能耗更低、生產流程更短、生產效率更高、環境污染更少。
另一方面，由于干法工藝不使用溶劑，可以避免電解質和溶劑發生副反應，這有利于電池在長期循環過程中保持較好的電化學性能。
五是，簡化電極制造流程。該設備通過干法粘結劑的纖維化及后續的輥壓、熱壓復合等步驟，直接制備出電極片，比濕法工藝更為高效;且集成制膜、復合環節，進一步簡化了生產流程。
此外，干法硫化物電解質的制備過程，與干法極片大致相同，400型干法復合制膜一體機亦能夠滿足當前的研發和生產要求。
由此不難看出，該設備所加工的材料或具有更高的壓實密度和安全性;也使電芯具有更優的循環性能、耐久度和阻抗表現;避免了使用濕法工藝中的有毒溶劑，不會出現濕法的電極分層情況;縮短了生產流程、減少了設備投入、降低了能耗和成本，無怪乎受到業界的廣泛關注。
在電池中國看來，曼恩斯特400型干法復合制膜一體機能夠助力下游正負極、電解質、電池企業進行干法電極/電解質工藝的研發，加快探索新材料、新工藝在干法技術路線中的應用。
03
濕法龍頭布局干法設備的邏輯
實際上，作為涂布解決方案龍頭企業，曼恩斯特的客戶包括很多巨頭企業，如寧德時代、比亞迪、中創新航和ATL等鋰電頭部企業，以及眾多整線設備供應商。
基于對市場需求的前瞻性判斷，曼恩斯特從2020年已經開始研發干法設備，并申請了相關專利。
在電池中國看來，曼恩斯特布局干法設備賽道，搶占新興技術高地，符合未來電池升級需求;干法、濕法設備雙線布局，鎖定電極技術主流和未來發展趨勢;干法設備將成為曼恩斯特滿足高端電池市場的又一契機，可以進一步提高自身市場競爭力;其濕法涂布客戶廣，其技術、設備、服務皆廣受認可，將有助于其干法設備拓展業務。
值得一提的是，曼恩斯特是國內濕法涂布設備實現國產化替代的領軍企業，對極片制備環節的技術需求有著更加深入的理解，并持續進行設備創新研發。據電池中國了解，目前極片干法工藝良品率相對較低，這主要因為材料、工藝等問題。曼恩斯特不僅可以提供干法設備，還提供專業的設備技術支持，從而助力下游企業試驗新材料、新工藝。
行業數據顯示，干法工藝的電芯能量密度可超過300 Wh/kg，并且具備實現500 Wh/kg的可能性。這表明，干法電極在能量密度上有巨大的提升空間。當前，正負極材料、電解質、電池企業加碼干法工藝和技術的研發和測試，以替代濕法的意愿持續升溫。預計未來幾年內，動力、儲能、航海、航空、AI智能裝備等領域對高比能電池的需求，將帶動干法設備的商業化，提前布局的設備企業或將具有先發優勢，進一步擴大其產品市場份額。