I. 乾式電極作製技術の分析
1. 乾式プロセスと湿式プロセスの概要および材料の比較
従来の湿式プロセスでは、活物質、導電剤、バインダーを溶媒中で特定の比率で混合し、その混合物をスロット ダイ コーターを介してカレンダー加工により集電体表面にコーティングします。{0}
乾式プロセスでは、活性粒子と導電剤を均一に乾式混合し、バインダーを添加し、バインダーのフィブリル化によって自己支持性フィルムを形成し、最後に集電体表面にカレンダー加工します。-
2. ドライフィルムの製造工程
2.1 自己支持性フィルムの乾燥準備プロセス-
ドライフィルム法にはバインダー解繊法と静電スプレー法があり、バインダー解繊法が主流です。静電スプレーは、その後の加工性、接着安定性、電極の柔軟性、耐久性においてバインダーのフィブリル化に劣ります。
バインダーの解繊：活物質粉末と導電剤を混合し、PTFEバインダーを加え、外部から高せん断力を加えてPTFEをフィブリル化し、電極膜粉末を結合させます。次に、混合物を押し出して自己支持性フィルムを形成します。-
静電スプレー: 活物質、導電剤、バインダー粒子は高圧ガスと事前に混合されます。-粉末は静電スプレーガンによってマイナスに帯電し、プラスに帯電した金属箔集電体上に堆積されます。バインダーでコーティングされたコレクターは次にホットプレスされます-。溶けたバインダーは他の粉末に付着し、圧縮されて自己支持性のフィルムになります。-
2.2 解繊乾式プロセス技術の原理
フィブリル化により、外部からのせん断力が加わると PTFE がフィブリルに変化します。 PTFE はファンデルワールス力が低く、積み重ねが緩いため、せん断力によって凝集物がフィブリルに変換され、電極粉末を結合するネットワークが形成されます。
温度とせん断は PTFE フィブリル化に影響を与える重要な要素です。 19 度を超えると、PTFE は三斜晶系から六方晶系に転移し、分子鎖が軟化してフィブリル化が可能になります。
フィブリル化フィルム-の作製は電極のカレンダー加工に先立ちます。主流のフィブリル化装置には、ジェット ミル、スクリュー押出機、およびオープン ミルが含まれます。
PTFE と活性物質を完全に混合した後、混合物をフィブリル化装置に供給します。ローラーの圧力を受けると、自己支持性のフィルムが形成されます。-実験データは、送り速度が遅いと電極フィルムのインピーダンスが増加し、カレンダー加工力が大きいとインピーダンスが減少することを示しています。
II.ドライ電極とウェット電極: 長所と短所
1. 低コスト: 製造コストの 18% 削減
乾式プロセスでは手順が少なくなります。大量生産により、セル製造コストが 18% (0.056 RMB/Wh) 削減されます。湿式処理では、コーティング/乾燥と溶剤回収が、設備、人件費、設備、エネルギーコストのそれぞれ 22.76% と 53.99% を占めます。乾式プロセスでは、スラリー コーティングが自己支持型の膜形成に置き換えられ、NMP 溶媒、電極の乾燥、溶媒の回収が不要になり、-コストが大幅に削減されます。
乾式プロセスは、より環境に優しく、拡張性にも優れています。{0}有毒な NMP (N-メチルピロリドン) は、湿式プロセスでエネルギーを大量に消費するリサイクルを必要とします。-無溶剤乾式処理により、ワークフローが簡素化され、装置の設置面積が削減され、大規模な電極生産が可能になります。-
2. 活物質密度の向上: エネルギー密度の 20% 増加
PTFE フィブリル化により、湿式電極と比較してより滑らかな乾式電極の形態が可能になります。湿式処理における溶媒の蒸発により、活物質と導電剤の間に空隙が生じ、圧縮密度が低下します。乾燥させることなく、乾燥した電極は空隙を排除し、粒子とのより緊密な接触を保証します。
乾式電極は、亀裂や微細孔が少なく、より高い圧縮密度を実現します。-
- LFP: 2.30 g/cm3 → 3.05 g/cm3 (+32.61%)
- NMC: 3.34 g/cm3 → 3.62 g/cm3 (+8.38%)
- グラファイトアノード: 1.63 g/cm3 → 1.81 g/cm3 (+11.04%)
体積あたりの活物質含有量が高いほど、エネルギー密度が高くなります。
乾電池は、同一条件下で 20% 高いエネルギー密度を達成します。マクスウェルのデータは、乾燥電極が 300 Wh/kg を超え、500 Wh/kg の可能性があることを示しています。
乾式電極は、より大きな厚さ制限 (湿式電極の 160 μm に対して 30 μm ～ 5 mm) をサポートし、面積容量と多様な活物質との適合性を強化します。
3. 優れた電気的性能
ラボテストでは、乾式プロセス電池がサイクル寿命、耐久性、インピーダンスにおいて優れていることが確認されています。{0}フィブリルネットワークにより、材料の安定性と電気的性能が向上します。
湿式処理では、500 サイクルで活性粒子に内部応力が蓄積され、断面亀裂が発生して電池の性能が低下します。-乾式処理では、フィブリルネットワークが活物質をコーティングし、500サイクル後も表面亀裂を最小限に抑えて構造的完全性を維持します。また、メッシュ構造により活物質の膨張が抑制され、集電体からの粒子の剥離が防止され、安定性と電気的性能が向上します。
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