乾式電極プロセス: 高性能-固体電池-の量産の鍵

すべての-固体-電池では、液体電解質が固体電解質膜に置き換えられています。-したがって、フロントエンドの製造プロセスでは、従来の正極シートと負極シートに加えて、この固体電解質フィルムの準備が必要になります。-このプロセスはバッテリー製造ワークフローの重要なリンクであり、最終セルの性能と品質を直接決定します。現在、全固体電池の生産ラインでは湿式プロセスが主流ですが、乾式プロセスは、コスト、プロセス効率、材料適合性の点で利点を兼ね備えているため、次世代全固体電池フロントエンド テクノロジーの主流になりつつあります。{{8}

01. 製造前の全固体電池-での重要なアップグレード-

全固体電池の製造プロセスは、従来の液体電池の製造プロセスとは根本的に異なります。-フロントエンドのフィルム準備セグメントは、電池製造プロセスにおける重要な移行段階です。この段階は、完成したセルのエネルギー密度、レート性能、サイクル寿命に直接影響します。すべての-固体-電池では、液体電解質の代わりに固体電解質膜が使用されます。-したがって、フロントエンドの準備には、従来の正負の電極シートだけでなく、固体電解質フィルムも含める必要があります。-。この根本的な変化は新たな課題をもたらすと同時に、プロセスをアップグレードする機会をもたらします。

02. 技術変革: ウェットプロセスからドライプロセスへの飛躍

現在の全固体電池のフロントエンド準備プロセスは、主に湿式と乾式の 2 つの技術的ルートに分類されます。-湿式プロセスは依然として従来の液体電池の溶媒システムに依存しており、電極または電解質材料をバインダーと混合してスラリーを形成し、コーティングし、乾燥してフィルム形成を完了します。

このプロセスは比較的成熟していますが、固有の欠点があります。大量の有毒な有機溶媒（NMP など）の使用が必要であり、乾燥と溶媒の回収に高エネルギー消費のステップが必要であり、溶媒に敏感な特定の最先端の材料の使用が制限されます。{{0}-

対照的に、乾式プロセスは、溶媒の使用とその後の乾燥ステップを排除することで電極製造を革新します。乾式プロセスでは、材料の均一な分散と予備成形を実現するために、高せん断乾式混合およびフィブリル化装置に大きく依存しています。-これには、マルチロール プレスを使用してフィルム形成を直接完了します。-

ドライフィルム形成技術の核となる利点は、次の 3 つの側面にわたって明らかです。

• コスト効率:コーティング、乾燥、溶媒回収の段階を省略することで、設備投資が削減され、エネルギー消費量が削減され、全体のセル製造コストが約 18% 削減されます。

• パフォーマンスの向上:乾式プロセスにより活物質の圧縮密度が効果的に増加し、エネルギー密度が約 20% 増加します。 SAIC グループの半固体電池は MG4 モデルに統合されており、システム エネルギー密度 400Wh/kg を達成し、12 分間の高速充電で 400 km を走行できます。

• 環境および材料の適合性:乾式プロセスでは有毒な溶剤が不要なため、従来の湿式プロセスの環境汚染問題が解決されます。同時に、よりコスト効率の高い材料（マンガンベースのカソードなど）の適用も可能になります。{{1}

03. テクノロジーマトリックス: ドライフィルム形成のための多様なパス

乾式フィルム形成は単一のプロセスではなく、さまざまな技術的ルートを含むマトリックスです。現在、より代表的な乾式電極作製技術には主に 6 種類があります。

• フィブリル化方法:高いせん断力を使用してバインダーをフィブリル化し、活物質と導電剤をしっかりとカプセル化して自立電極フィルムを形成します。-このプロセスでは、装置に非常に高いせん断力と温度制御機能が要求されます。

• ドライスプレー堆積:帯電した粉末を利用し、電場下で集電体上に均一に堆積させます。ホットプレスによってバインダーを溶かして固定し、自己支持性のフィルムを形成します。-

• その他の方法:蒸着、ホットメルト押出、ダイレクト プレス、3D プリントは、さまざまな材料特性と用途シナリオに基づいて適用されます。{0}

これらのさまざまなパスは、技術原理、適用可能な材料、成膜能力、装置の複雑さが異なり、大規模な柔軟な電極、小型のデバイス、厚い電極シートなどのさまざまな用途に適しています。{{0}{1}}

主なドライフィルム形成技術ルートの比較

業界は一般に、バインダー解繊法が優れた性能安定性と加工性を示すと考えており、これを新たな主流ルートとして位置づけています。

04. 工業化の課題: 実験室から量産までのギャップを埋める

乾式フィルム形成には明らかな利点があるにもかかわらず、実験室から量産までスケールアップするには多くのハードルに直面しています。容量と効率が最も重要な関心事です。乾式コーティングの能力と速度は依然として従来の湿式プロセスに比べて遅れており、ワイドフォーマットスプレー時の均一性と接着性能には大幅な改善が必要です。-

コーティングの均一性と品質管理には、もう 1 つの大きな課題があります。 -不均一な乾燥電極コーティングにより、電極内に「ホットスポット」が生じる可能性があり、バッテリー性能の劣化が加速し、安全上のリスクが生じる可能性があります。

バインダーと材料の適合性もさらに最適化する必要があります。活物質粒子への損傷を防ぎながら、混合物内で PTFE フィブリルを均一に分散させることが不可欠です。さらに、PTFE は低電位では不安定で、リチウムと不可逆的に反応するため、負極への用途が制限されます。

機器側の課題も同様に深刻です。乾式プロセスでは、コア ローラー プレス機械に高い要求が課せられます。-コア装置としてのカレンダー加工機の性能と生産効率は、乾式プロセスの量産可能性を決定する上で中心となります。

TOBニューエナジーはこれらの課題に積極的に取り組んでおり、負極のバインダー含有量を 0.7% に、正極のバインダー含有量を 1.5% 以下に制御して、より効率的で低コストの成膜性能を実現することを目指しています。-

05. 装置の革新: ドライプロセスの導入を推進する重要な力

通常、機器は全固体電池の工業化を先導します。-乾式フィルム形成の分野では、装置の革新が技術導入の重要な推進力です。

• フロントエンド プロセス機器:-高効率の混合、材料の分散、コーティング、高せん断処理のためのコア機器を含む、生産ライン全体の価値の約 32% を占めます。-

• ミッドエンドプロセス機器:-ライン価値の約 45% を占め、高効率スタッキング マシン (ライン価値の 25%) と水平静水圧プレス (ライン価値の 13%) を中心に、成形から緻密化までのプロセス全体をカバーしています。-

• バックエンドプロセス機器:-乾燥粉末総合試験機や全固体電池統合キャビネット用の水平型高温治具ソリューションなど、製品ラインの価値の約 23% を占めており、高電圧の形成と容量のグレーディングと組み立てを実現します。{{3}

06. TOB NEW ENERGY：実験室から量産まで総合的なソリューションを提供

乾式フィルム形成技術の工業化の機会と課題に対処し、TOBニューエナジーバッテリー製造における長年の技術蓄積を活用して、実験室から量産までの完全なソリューションをお客様に提供します。

実験室-規模の乾式電極ライン用のソリューション

当社は、乾式電極実験ライン向けにカスタマイズされた機器とサービスの完全なスイートを提供します。当社が開発した実験用ジェットミル小型化、インテリジェンス、高精度が統合されており、リチウム電池乾式電極材料のフィブリル化に必要な実験グレードの粉末の調製に適しています。{0}のラボ用乾式電極フィルム形成機は、粉末からフィルムの形成プロセスに使用できる実験用乾式電極研究装置です。

パイロット-規模の生産のためのソリューション

私たちは提供します乾式電極製膜装置GWh{0}} レベルの量産能力に対応した設備など、さまざまな生産ライン要件をサポートします。精密な張力制御と厚み調整により、27μm、あるいはそれ以上の薄さの乾燥電極シートの作製を実現します。

産業用大量生産向けソリューション

工業用大量生産のニーズに対応するため、当社は完全な乾式電極生産ライン ソリューションを提供します。当社のシステムは、制御可能な供給、成膜、薄膜化、集電体の配合、品質検査を含むすべてのプロセスをカバーします。製品幅は 1000mm、厚さ範囲は 40{6}}300μm に達し、高効率生産のために 2 ～ 6 枚の乾燥電極シートを並行して動作させることができます。

当社の技術チームは、乾式膜形成プロセスのあらゆる側面を深く理解しており、お客様の特定の材料システム（グラファイト/シリコン-負極、三元/LFP 正極、さまざまな全固体-電極材料など）と装置のニーズに基づいてカスタマイズされたプロセス最適化ソリューションを提供できます。材料の面では、乾式プロセスに適した特殊なバインダーや変性導電剤などの最先端の電池材料でお客様をサポ​​ートし、材料とプロセス間の最適な適合性を確保します。{4}