ドライプロセス: 電極製造の簡素化

テクノロジーが製造ロジックの再構築を可能にするとき、機器は産業の活力の源になります。

リチウム電池製造の初期段階では、微妙な変化が起こっています。 一部の企業は、電極の準備プロセスを簡素化しようとしており、乾燥電極の準備の実験を始めています。

乾燥電極は新しい概念ではありません。それらは早くも1982年にヨーロッパとアメリカの研究所に適用されました。 しかし、乾燥電極に対する業界の集中的な注目は、3年前にテスラによる「陰謀」から始まりました。 2019年、テスラはマクスウェルを2億3500万ドルの株式で買収しました。これは55% 以上のプレミアムです。 マクスウェルのコア技術はドライ電極技術です。 翌年、テスラはバッテリーの日に4680円筒形バッテリーを発表し、この新しい円筒形バッテリーシステムにドライ電極技術を適用することを発表しました。 正電極と負電極の両方の材料に乾燥電極技術を適用することで、溶剤の必要性を排除し、電極の性能上の利点を高め、プロセスの簡素化による機器への投資を減らすことができます。 しかし、乾燥電極準備の工業化は依然として湿式法に遅れをとっています。 今年の初め、カリフォルニア州フリーモントにあるテスラのパイロット工場は、100万台目の4680バッテリーを生産しました。 4680円筒形バッテリーの工業化「ハリケーン」が急増しており、ドライ電極技術の飛躍的進歩が緊急の課題となっています。

電極の準備: ドライ対ウェット

リチウム電池製造の初期段階では、湿式電極準備プロセスはすでに非常に成熟しています。 このプロセスには、混合、コーティング、乾燥、NMP回収、および圧延、電極のドライからウェットへの移行、およびドライへの移行が含まれます。 ウェットプロセスは比較的簡単です。「ウェット」状態では、スラリーの流動性が良く、気泡が少なくなります。電極の準備効率を大幅に改善し、パワーバッテリーがTWh時代に移行するための強固な基盤を築きます。 湿式法と比較して、ドライプロセスには4つの大きな利点があります。

• 簡素化された製造プロセス: 乾燥電極の準備の中核は、「ウェット」の放棄です。乾式法はバインダーや溶剤を使用せず、湿式法でのスラリー調製、コーティング、乾燥、および溶剤回収プロセスを簡素化します。

• エネルギー密度の増加: 乾燥して準備された電極は、より高い圧縮密度を持ち、より多くの活性材料に対応できます。 さらに、溶媒が徐々に放棄されると、負極材料の統合が改善され、リチウムの補給が容易になり、初期サイクル容量の損失が減少します。 現在、乾燥電極のエネルギー密度は300Wh/kgを超えており、長期的には500Wh/kgに達することを目標としています。

• バッテリーシステムとの互換性: パワーバッテリー材料システムは、高ニッケルおよびシリコンをドープした材料に向かって徐々に進化しています。 乾燥電極技術は、高ニッケル正電極の性能に対する湿度の影響を減らし、シリコンベースの負電極の膨張によりよく耐えることができます。

• 寿命の延長: バインダーがなければ、バッテリーの寿命は大幅に改善されます。

「極端な簡素化」の可能性

選択の難しさは、あるべきものと簡単なものとの間のジレンマにあります。 2つの方法を比較すると、湿式電極の準備は現在成熟していますが、乾燥電極の大量生産は「極端な単純化」の可能性を表しています。乾燥電極の準備のビジョンは有望です: より小さなプラントおよび機器エリア、より低いエネルギー消費、およびバッテリーコストの削減。 しかしながら、商用用途において「ウェット」の放棄を実施することは容易ではない。 ソニーは1991年に、乾式準備の実現可能性、効率、一貫性の問題を正確に回避するために、電極準備の主流となった湿式法の商用利用を検討しました。 しかし、乾燥電極の準備には静かに変化が起こっています。 4680円筒形バッテリーの急速な工業化は重要な時期にあり、スケールの拡張とプロセスのアップグレードの両方が必要です。 乾燥電極の準備プロセスが成熟するにつれて、指数関数的な成長が起こりやすくなります。 国内のリチウム電池装置の代表的な企業として、Jiatuo Intelligentはドライ電極pの研究と応用も加速しています修復技術。 周燕は、Jiatuoによる乾式準備の調査は2015年に始まり、乾式実験室が設立され、主流の電池材料の成膜検証が徐々に達成されたと述べました。 乾式電極準備技術の成果が次々と現れ、Jiatuo Intelligentの乾式電極準備プロセスは、当初の懐疑論から今日の仲間と一緒にいることへと着実に成長しています。

製造業に命を与える

人体の延長として、機器とプロセスの反復は、製造に強い活力を与えるはずです。 容量ターゲットのみに焦点を合わせ、機械的複製によってそれらを追いかけることは、カートを馬の前に置くことかもしれません。 乾燥電極の準備に関する議論は、必然的に機器の根本的な革新を伴います。 電極フィルム形成プロセス装置 (ダブルスチールベルトシステム) は、ダブルスチールベルト圧延技術を使用して、ドライ電極用の自立型フィルムを製造しています。 スチールベルトシステムは、自立型電極フィルムのキャリアとして機能し、ロールツーロールの製造および高速移動中のベルトブレイクの発生を減らします。 電極フィルム形成および薄化プロセス装置 (多段圧延) は、圧延技術を使用して粉末を厚いフィルムに圧縮します。次に、複数のホットプレスで薄くし、ロールまたは集電装置と配合して、指定された厚さまで連続フィルムを薄くし、圧縮密度を高めます。

ドライ電極技術の未来は有望です。 乾燥電極プロセスの開発に伴い、電極のエネルギー密度を500Wh/kgに増やすことができ、2年ごとにバッテリーのエネルギー密度を25% 増加させ、コストを継続的に10% 削減します。三元リチウム電池のエネルギー密度のボトルネックを突破。 現在の段階では、ウェット方式と同じ大量生産の結果をドライ方式で要求することはできませんが、産業の奇跡には「常にこのようになっていますか?」という質問が伴うはずです。新しい産業サイクルの課題に直面して、私たちは自己革命を促進し、破壊し、再建する勇気を持っている必要があります。