近期,特斯拉公司在第2季度财报会议上宣布,其应用了干法正极工艺的4680电池已开始装配第一辆原型Cybertruck,并进入了车辆测试验证阶段,计划在年底前量产装车完全采用干法电极的4680电池。
这意味着特斯拉干法电极已完成设计冻结、进入量产验证阶段,其大圆柱电池也终于离低成本、低能耗的大规模制造也更近一步。
第二季度,特斯拉4680量产能力较第一季度增长51%,成本显著下降,每周1400辆Cybertruck可以搭载4680电池,并且产能持续爬坡中,到年底将达成比现有锂电池50%的降本幅度。
另外,本月初LG新能源也表示,计划到2028年实现干法涂布(dry-coating technology)的商业化,该技术旨在取代制造阴阳电极的高能耗湿法工艺。
如果此法可行,那电池生产成本可以降低30%,这有望使每辆电动汽车的成本降低数千元。
除了特斯拉和LG,三星SDI、大众、SK On、宝马、松下,以及国内的宁德时代、亿纬锂能和蜂巢等公司也都在研发干法涂布技术。
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,制造成本及能耗更低,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,干法电极工艺更适配固态电池、4680等新一代电池的制造需求。
干法电极工艺可分为粉末压片法、粉末喷涂法、粘结剂纤维化法等。在特斯拉收购Maxwell后,粘结剂纤维化方法制备电极引起了广泛关注。

常用的原纤化粘接剂包括PTFE、ETEF以及FEP,PVDF不可进行原纤化,可以利用静电喷枪将PVDF和其他活性颗粒喷到集流体上,对混合物热处理后进行压延制膜,但是粘连效果不佳,PVDF的粘附强度不到FEP的1/4。
其中,PTFE是最优粘接剂选择,主要是因为PTFE聚合分子量较大,可形成更长的原纤维,机械性能良好。
未来,干电极技术在锂电池领域的大规模渗透将带来PTFE需求大幅增长。
以1Gwh时所需正负极材料3000吨来衡量,按照5%-10%的PTFE添加量来测算,大致需要200左右吨PTFE。EVTank预计,全球锂离子电池出货量在2025年和2030年将分别达到1926.0GWh和5004.3GWh。若2025年和2030年干法电极渗透率分别达到达到3%、15%,对应PTFE需求分别约1.1万吨、15万吨。
虽然PTFE在干法电极工艺中具有良好的前景,但其不能直接应用于干电极,必须经过改性。
在低电位下PTFE不稳定,会与锂发生不可逆反应,因此应用于负极时会锂化消耗活性锂,降低黏附效果降低容量。电池中的PTFE含量越高,消耗的锂也越多。在实验中,排除首周充放电形成SEI膜的影响后,在第二次放电曲线中,PTFE含量越高放电电流越小,因此证实聚四氟乙烯会与锂离子反应,影响电池的性能。
目前,国内企业生产的PTFE下游应用主要集中于低端塑料产品,应用于5G通讯以及干电极的高端PTFE主要依靠进口。
高端PTFE品种包括超细粉末PTFE、高压缩比PTFE分散树脂和超高分子量PTFE等,大部分品种国内龙头已初步入局。据ACMI了解,昊华科技成功自研出高压缩比PTFE分散树脂并应用于5G线缆生产,梅兰集团已具备1500吨/年超高分子量PTFE树脂产能,不过目前国产高端料的批次稳定性与科慕、大金的成熟产品仍有差距,还需要持续的技术优化。