干法电极行业深度研究报告：前瞻新技术之六干法电极初露锋芒

干法电极是较传统湿法电极的全面升级基本原理：传统湿法电极采用粉体材料与溶剂混合制备浆料，然后进行涂布、干燥、溶剂回收等工序制备电极。干法电极利用粘接剂的原纤化作用实现活性物质的粘连，粉体材料混合后直接制备自支撑膜，与集流体辊压后制备成电极。工序差异：干法电极取消了浆料制备、涂布、干燥及溶剂回收等工序，新增了干法制膜工序，常见的制膜方法：粘接剂原纤化法法、静电喷涂法，其中以粘接剂原纤化法为主。材料差异：粘接剂从正极的PVDF和负极的CMC+SBR变更为PTFE。设备差异：取消涂布、烘干、溶剂回收设备；增加纤维化设备，主要为气流粉碎、螺杆挤出机、开炼机；制膜所需的辊压机要求提升。性能差异：制造成本降低18%；正、负极材料压实密度分别提升32.61%（磷酸铁锂）、8.38%（三元）、11.04%（石墨能量密度提高20%；循环性能、耐久度、阻抗等在实验室条件下均更优。与下一代电池更适配：1）固态电池：干法电极与固态电池设计思路均为取消传统液态材料，难点均为材料均匀性及固固界面阻抗问题。干电极制造的无溶剂特性更适配固态电池，且原纤化工艺可用于提高固态电解质膜性能；2）预锂化：避免溶剂与预锂添加剂发生反应；3）4680：特斯拉收购Maxwell掌握干电极中的粘接剂原纤化法工艺，4680样件中已在负极使用干电极，目前正在突破正极难点。干电极所需新型粘接剂PTFE，市场空间巨大传统PVDF不适配干电极。干电极制膜主流采用粘接剂原纤化法，而PVDF无法纤维化，只能应用在非主流的静电喷涂法中。主流纤维化法所需粘接剂PTFE尚未成熟。PTFE聚合分子量较大，可形成更长的原纤维，惰性强抗腐蚀，同时有良好机械性能，综合性能更优，目前适用于干电极的高端PTFE尚未成熟。特斯拉专利显示普通PTFE无法直接应用于干电极，必须进行改性，方法包括1）碳包覆PTFE：改善导电性，提高稳定性，抑制电解液分解等；2）与非原纤化材料混合：降低粒径，改善均匀性，提高粘连性。干电极PTFE需求增速是传统粘接剂的4倍。干电极的正负极均可采用PTFE作为粘接剂，且质量占比从传统正极~2%（PVDF）/负极~3%（SBR+CMC）分别提升至5~8%，在干电极渗透率逐步提高的背景下，PTFE需求有望高增。干电极渗透率提升拉动PTFE需求量。假设干电极渗透率在24年达到1%，25年达到3%，30年达到15%，PTFE均价5.2万元/吨。保守测算下，2030年干电极带来的高端PTFE市场需求将达到21.91万吨，2024-2030年CAGR=94.10预计高端PTFE的市场价值在2025年达到27.83亿元，2030年达到161.86亿元。干电极提升纤维化及制膜设备需求纤维化设备：当前有三条技术路线：气流粉碎机，螺杆挤出机，开炼机。气流粉碎机效率最高，螺杆挤出机良率最高。辊压机：传统湿法辊压仅为压实压密作用，最大压力不足100吨。干法工艺对辊压要求更高，特斯拉最新采购的SACMI2000最大压力可达3500吨，被认为将用于干电极正极辊压。设备集成化：大型设备集成加料、混料、纤维化、制膜、辊压、分切、收卷等功能，降低流转时间，提高效率及一致性等，设备价值量更高。投资建议：关注新型电池粘接剂PTFE，增量纤维化、制膜设备、辊压机等。国内头部氟化工企业目前正布局高端PTFE生产，有望充分受益于从0到1的产业红利；头部辊压机厂商产品迭代能力更强，能更快适配干法工艺对于新型辊压机的需求。建议关注：永和股份、巨化股份、纳科诺尔。风险提示：干法工艺难点攻克速度不及预期，行业扩产过快加剧行业竞争，地缘政治、贸易摩擦阻碍海外供应链，安全事故影响企业产销，新技术落地不及行业基本数据相对指数表现2022-05-09~2023-05-0946%28%9%-10%22/0522/0722/1022/1223/0223/05电力设备及新能源沪深300本报告与市场不同的地方在于，这是最近两年第一篇系统性阐述干电极的报告。本报告在参考了大量学术论文的基础上，对于干电极的制作方式，干/湿法电池的性能对比、PTFE粘接剂的应用以及干法设备进行了全面的介绍，与此同时，本报告也对干发电极的应用前景进行了详尽的分析和市场空间测干法电极是一种新的极片生产方式，较传统湿法的区别在于：1）粘接剂由PVDF变更为PTFE；2）取消溶剂、取消涂布烘干、溶剂回收工序；3）增加干法制膜工序。电池性能上，干法工艺对于电池的基本性能有极大的提升，11.04%（石墨），相同条件下能量密度较湿法提高20%。制造成本上，干法工艺的制造成本降低18%（设备、人工、厂房成本降低0.04元/Wh，能源成本降低0.02元/Wh）。粘接剂材料方面，PTFE（聚四氟乙烯）是干法工艺实现原纤化作用中最重要的粘接剂，材料本身具有稀缺性且在短时间内难以被替代，假设干电极渗透率在24年达到1%，25年达到3%，30年达到15%，2030年干电极带来的高端PTFE市场需求将达到21.91万吨，2024-2030年CAGR=94.10%。设备方面，干法工艺对自支撑膜制备以及极片辊压设备提出了更高的性能要求，压延切边一体是干法制膜的发展方向；干法电极工艺新增气流粉碎机、螺杆挤出机以及开炼机此类原纤化设备，气流粉碎机效率最高，螺杆挤出机良率最高。3 6（一）极片生产环节决定电芯的基本性能 6（二）干法与湿法的工艺介绍及材料对比 6（三）干法制膜工艺介绍 7 7 8 9 9 2、预锂化&干电极：不用考虑预锂材料与溶剂的兼容性，降低预锂化难度 （六）干法电极技术难点及综合对比 （三）PTFE：无法直接应用于干电极，必须经过改性 23 23（二）干法电极设备迭代：辊压设备 （三）干法制膜发展方向：设备大型化集成化，压延切边一体化 25 25 4 6 7 7 7 8 8 8 9 9 9 536全球锂电池需求测算（GWh）216极片生产方式。极片生产是电芯制造的首要环节，主要分为浆料搅拌、极片涂布、极片浆料搅拌：将正/负极活性物质、导电剂、粘接剂按比例均匀分散在溶剂中并搅拌，形成具有一定粘度的稳定浆料，该工序占设备、人涂布干燥+溶剂回收：传统的湿法涂布是将搅拌均匀的浆料涂覆铜/铝金属箔集流体辊压：将涂布后的极卷置于辊压机的双辊下，通过挤压极片实现理想的厚度及界面分切：将经辊压后的宽极片纵切成窄极片，断面的毛刺大小及形貌特征会直接影响传统湿法工艺是将活性物、导电剂、粘接剂按比例混合在溶剂中，并通过狭缝涂布模头按要求涂覆在集流体表面并辊压。干法工艺是将活性颗粒、导电剂和进行干混均匀后加入粘接剂，在粘接剂原纤化作用下7在后续的可加工性、粘连稳固性、电极柔韧和耐久上表现不如粘接剂原纤化法。用粘接剂原纤化法制造自支撑膜。合物施加外部的高剪切力，使PTFE原纤化后粘合电极膜粉末，最终挤压混合成自支撑膜。静电喷涂法是用高压气体预混活性物质、导电剂以及粘接剂颗粒，在静电喷枪的作用下使粉末带负电荷并喷至带有正电荷的金属箔集流体上，然后对载有粘接剂的集流体进行热压，粘接剂融化后会粘连其他粉末并被挤压成processforlow-costmanufacturingofLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2.cathodesinlithium-ionbatt8公司844资料来源：Mohanad公司844资料来源：MohanadAl-Shroofy,etal.powdercoatingprocessforlow-costmanufacturingofLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2cathodesinlithium-ionba公司6443资料来源：MohanadAl-Shroofy,etal.Solvent-freedrypowdercoatingprocessforlow-costmanufacturingof资料来源：YongxingLi,etal.在机器的辊压下混合物会形成自支撑膜。Maxwell实验数据显示，进料速度越小，原纤化电极膜的阻抗越大；与此同时，电极膜阻抗会伴随辊压的力度增加而降低。艺中，涂布干燥及溶剂回收环节，分别占设备、人工、厂房成本和能源成本的22.76%和53.99%。干法工艺将传统湿法的浆料涂布改为制造自支撑膜，因此它无需省去了电极干燥及溶剂回收环节，实现更低的电芯制造成本。Manufacturing，走近锂电技术，technology,therisingstarinsolid-statebatteryindustrializat环境不友好，且在传统湿法工艺中需要对其进行回收，会消耗大量的能量。干法工艺无需溶剂，在极片涂布环节减少烘烤及溶剂回收环节，工艺流程更简单，设备占地面积更原料混合环节R1资料来源：YangLu,etal.Dryelectrodetechnology,theri9极片涂布环节干燥和回收所需能量成本占电要溶剂，在溶剂蒸发后，活性物质与导电剂之间会留出更多空隙，空隙导致材料的压实密度不高。干法不存在烘干过程，因此不存在溶剂蒸发干法电极可以做到更大的压实密度。干法条件下压实后，裂纹、微孔等问题更少。磷酸电极也具备实现更大能量密度的技术路径。而干法的厚度区间为30µm-5mm。更大的厚度区间也能适配更多样的活性物质。实际生产数据，故本文引用的是《锂离子电池用无溶剂干法电极的制备及其性能研究》高低高低低高低高湿法粘接剂容易老化导致活性物质环后，活性颗粒内应力不断积累，导致剖面出现裂纹，最终降低了电池性能。在干法工粒表面的裂缝较少，与此同时，原纤化后的网状结构能抑制活性物质体积膨胀，防止颗粒从集流体上脱落，增强了稳定性，提高了电性能。氧化物固态电解质、硫化物固态电解质以及聚合物固态电解质。氧化物电解质是目前国高高高高高高蜂巢能源、恩力动力ofsolid-statehalideelectrolytesforall-solid-statelithium-metalbatteries，DengxuWu,etal.Recentprogressofsolid-statelithium干法电极抛弃传统液态溶剂，与固态电池设计池的极片制造过程可以实现完全干燥，消除了湿法工艺烘干后，溶剂分子的残留问题。资料来源：ChanghongWang,etal.SolveInorganicSolidElectrolyteMembranes成6%-15%的锂离子不可逆损失。主流的预锂化策略为负极预锂化和正极预锂化，以正极预锂策略为例，添加预锂添加剂后，正极锂含量显著增多，有效的弥补了首周充放电资料来源：LimingJin,etal.Pre-LithiationStrategiNext-GenerationPracticalLithium-IonBatteries.预锂策略更偏好干燥的电极生产环境。湿法下，溶剂会与预锂添加剂产生副反应，消耗活性锂，增加电池阻抗削弱预锂效果，干法无需溶剂，干燥的生产环境更适配预锂化策金属锂粉活性高，易发生化学反应-高高高-材料容易发生化学变化，正极自支撑膜在辊压后仍容易掉粉。由于干法工艺还当前国内干电极技术还未完全成熟，仍存在不少工艺技术难点，但干电极本身能给电池对粘接剂PTFE进行改性增强粘合效果，如将PTFE混合非在PTFE表面涂覆一层导电炭进行钝化改性，减弱PTFE和干电极工艺较传统湿法是全面的升级。在制造流程上，干电极步骤更少，制造成耗更低，原料对环境友好，更适配大规模生产；在电池性能上，干法电池可以实现更高的能量密度，电池的电性能和机械性能均更优；在应用端，干法电池更适配固态电池、少多干法无需烘干回收溶剂，生产效率可提升至原湿法的7倍低高低高大小大小干法无需溶剂，活性物质和导电剂之间的空隙较大小高低高低低高低高干法生产环境迎合预锂化对于干燥环境的需求；湿法粘接剂CMC-SBR和高低NMP有毒，对环境不友好；湿法溶剂的干燥和回收需要消耗大量电能不可进行原纤化，但仍可以利用静电喷枪将PVDF和其他活性颗粒喷到集流体上原因是PVDF较活性颗粒的粒径太大，削弱了粘连效果，且会降低电极膜的稳定性。熔点(℃)W/cm*K）导热系数越大代介电常数越小代浓度越大代表惰好差静摩擦系数越大最高使用温度最使用温度较低；容易自的生产流程中，上游是萤石矿，酸级萤石矿与PTFE可分为悬浮PTFE树脂（占比50%-60%分散PTFE树脂（占比20%-35%）以及PTFE会与负极表面的锂离子反应生成氟化锂，削弱粘合效果，降低容量。单reductiononthecapacitylossofthecarbonanodeforlithiumionCOMPOSITIONSANDMETHODSFORPASSIVATIONOFELECTRODEBINDERS）在PTFE表面涂覆导电碳实现粘接剂的钝化。作为导体加强活性物质导电能力对PTFE表面进行改性，提高粘接剂稳定性作为钝化材料抑制电解液等材料的分解。在PTFE原资料来源：uspto（专利号：US11545667B2；专利名称：COMPOSITIONSANDMET原纤化后形成的自支撑膜仍会存在活性物质和粘接剂的粘连作用降低的问题，而活性物CMC）研磨成为更小粒径的材料，再与PTFE混合形资料来源：uspto（专利号：US11545666B2；专利名称：COMPOSITIONSANDMETHODSFORDRYELECTRODEFILMSINCLUDINGMICROPARTICULATENON-FIBRILLIZABLEBINDERS）4.65%4.65%25.58%25.58%44.50%高端PTFE用于5G通讯以及干电极，当低端PTFE产能尤为过剩，也导致其价格的高端PTFE，在干法电极成熟后龙头企业有望充分享受行业红利。PTFE产量YoY，，2020A2021A2022A2023E20锂电池需求合计——YoY197.91295.30411.75565.811471.1069.33158.22218.52298.44775.95186.48307.90453.51630.27864.252247.060%0%0%3%5%5%5%5%5%5%8%8%8%8%8%8%0.000.000.000.3216.850.000.000.000.502.0726.960.000.000.000.4121.91件下具有良好的低介电性能、低损耗因子，能够为数据中心、信号发射塔及个人电子设端PTFE的市场价值在2025年达到27.83亿元，2030年达到气流粉碎机的工作原理是，压缩空气通过喷嘴高速射入粉碎腔后，活性物质及粘接剂混合物通过进料口到达粉碎腔。混合物在高压气流的作用下相互碰撞粉碎实现原纤化，最后，混合物随气流上升至分级腔在辊压设备作用下形成自支撑膜。气流粉碎机的工作效率最高。螺杆挤出机的工作原理是，混料自料口进入螺杆充满螺槽后，会在旋转的螺杆作用下在料筒内壁和螺杆表面不断被压实、搅拌以及混合。在压缩段结束处，螺杆会将混合均匀的物料按要求挤出机头，在机头中混合物会被塑成电极膜并送离挤出机，开炼机的工作原理是，两个相对回转的辊筒对物料产生挤压后，由于两个辊筒的速比不同