Processus d'électrode sèche : la clé de la production en série de batteries à semi-conducteurs-hautes performances-

Dans toutes les-batteries à l'état solide-, l'électrolyte liquide est remplacé par une membrane d'électrolyte à l'état solide-. Par conséquent, le processus de production initial-exige la préparation de ce film d'électrolyte solide en plus des feuilles d'électrodes positives et négatives traditionnelles. Ce processus constitue un maillon essentiel du flux de fabrication des batteries, déterminant directement les performances et la qualité de la cellule finale. Alors que le processus humide domine actuellement les lignes de production de batteries à semi-conducteurs{{7}, le processus sec devient de plus en plus la direction dominante pour la technologie frontale de batterie à semi-conducteurs de nouvelle -génération-front-, grâce à ses avantages combinés en termes de coût, d'efficacité des processus et de compatibilité des matériaux.

01. Améliorations clés dans la production de-préformage de batteries à semi-conducteurs-

Le processus de fabrication des batteries-à semi-conducteurs diffère fondamentalement de celui des batteries liquides traditionnelles. Le segment de préparation du film frontal-est la phase de transition critique dans le processus de fabrication des batteries. Cette étape dicte directement la densité énergétique, les performances et la durée de vie de la cellule finie. Dans toutes les-batteries à semi-conducteurs-, la membrane d'électrolyte à semi-conducteurs-remplace l'électrolyte liquide. Par conséquent, la préparation du front-doit inclure non seulement les feuilles d'électrodes positives et négatives conventionnelles, mais également le film d'électrolyte à l'état solide-. Ce changement fondamental introduit de nouveaux défis et présente simultanément des opportunités de mise à niveau des processus.

02. Transformation technologique : le passage du processus humide au processus sec

Les processus actuels de préparation de l'avant des-batteries à semi-conducteurs-sont principalement classés en deux voies techniques : humide et sèche. Le procédé humide repose toujours sur le système de solvants des batteries liquides traditionnelles, dans lequel les matériaux d'électrode ou d'électrolyte sont mélangés avec un liant pour former une suspension, enduits, puis séchés pour achever la formation du film.

Bien que ce procédé soit relativement mature, il présente des inconvénients inhérents : il nécessite l'utilisation de grandes quantités de solvants organiques toxiques (tels que le NMP), nécessite des étapes-énergétique-élevées pour le séchage et la récupération des solvants, et restreint l'application de certains-matériaux de pointe sensibles aux solvants.

En revanche, le procédé sec innove dans la fabrication des électrodes en éliminant l’utilisation de solvants et l’étape de séchage ultérieure. Le processus sec repose davantage sur des équipements de mélange à sec et de fibrillation à cisaillement élevé-pour obtenir une dispersion uniforme du matériau et un pré-formage, par pressage à plusieurs-rouleaux pour terminer directement la formation du film.

Les principaux avantages de la technologie de formation de film sec sont évidents dans trois dimensions :

• Rentabilité :En omettant les étapes de revêtement, de séchage et de récupération du solvant, l'investissement en équipement est inférieur, la consommation d'énergie est réduite et les coûts globaux de fabrication des cellules peuvent être réduits d'environ 18 %.

• Amélioration des performances :Le procédé sec augmente efficacement la densité de compactage du matériau actif, entraînant une augmentation de la densité énergétique d'environ 20 %. La batterie semi-solide-du groupe SAIC, intégrée à son modèle MG4, a atteint une densité énergétique du système de 400 Wh/kg, prenant en charge une charge rapide de 12 minutes pour 400 km.

• Compatibilité environnementale et matérielle :Le procédé sec élimine le besoin de solvants toxiques, résolvant ainsi les problèmes de pollution environnementale du procédé humide traditionnel. Parallèlement, il permet l'application de matériaux-plus rentables (tels que les cathodes à base de manganèse-).

03. Matrice technologique : voies diversifiées pour la formation de film sec

La formation d’un film sec n’est pas un processus unique mais une matrice englobant différentes voies techniques. Actuellement, les technologies de préparation d’électrodes sèches les plus représentatives comprennent principalement six types :

• Méthode de fibrillation :Utilise une force de cisaillement élevée pour fibriller le liant, lui permettant d'encapsuler étroitement les matériaux actifs et les agents conducteurs, formant ainsi un film d'électrode autoportant-. Ce processus exige de l'équipement une force de cisaillement et des capacités de contrôle de la température extrêmement élevées.

• Dépôt par pulvérisation sèche :Utilise de la poudre chargée, qui est déposée uniformément sur le collecteur de courant sous un champ électrique, par pressage à chaud pour faire fondre et fixer le liant, formant ainsi un film autoportant-.

• Autres méthodes :Le dépôt en phase vapeur, l'extrusion à chaud-, le pressage direct et l'impression 3D sont appliqués en fonction de différentes caractéristiques des matériaux et de différents scénarios d'application.

Ces différentes voies varient en termes de principes techniques, de matériaux applicables, de capacité de formation de film et de complexité de l'équipement. Elles sont adaptées à différentes applications telles que les électrodes flexibles à grande échelle, les appareils de petite taille et les feuilles d'électrodes épaisses.

Comparaison des principales voies techniques de formation de film sec

L'industrie considère généralement que la méthode de fibrillation du liant présente des performances, une stabilité et une capacité de traitement supérieures, la positionnant comme la voie grand public émergente.

04. Défis de l'industrialisation : combler le fossé entre le laboratoire et la production de masse

Malgré les avantages évidents de la formation de films secs, le passage du laboratoire à la production de masse se heurte à de nombreux obstacles. La capacité et l’efficacité sont des préoccupations primordiales. La capacité et la vitesse de revêtement à sec sont encore en retard par rapport aux processus humides traditionnels, et l'uniformité et les performances d'adhérence lors de la pulvérisation grand format- nécessitent une amélioration significative.

L'uniformité du revêtement et le contrôle qualité constituent un autre défi majeur. Les revêtements d'électrode secs non-uniformes peuvent créer des « points chauds » à l'intérieur de l'électrode, entraînant une dégradation accélérée des performances de la batterie et des risques potentiels pour la sécurité.

La compatibilité des liants et des matériaux doit également être optimisée davantage. Il est essentiel d’obtenir une répartition uniforme des fibrilles de PTFE dans le mélange tout en évitant d’endommager les particules de matière active. De plus, le PTFE est instable aux faibles potentiels et réagit de manière irréversible avec le lithium, ce qui limite son application dans les électrodes négatives.

Les défis du côté de l’équipement sont tout aussi graves. Le procédé à sec impose des exigences plus élevées aux machines de pressage à rouleaux -. Les performances et l'efficacité de la production de la machine de calandrage, en tant qu'équipement de base, sont essentielles pour déterminer la viabilité du procédé par voie sèche pour la production de masse.

TOB NOUVELLE ÉNERGIEtravaille activement pour relever ces défis, en visant à contrôler la teneur en liant de l'électrode négative à 0,7 % et celle de l'électrode positive à moins de 1,5 % afin d'obtenir des performances de formation de film plus efficaces et à moindre coût-.

05. Innovation en matière d'équipement : la force critique qui détermine la mise en œuvre du procédé à sec

L'équipement est généralement le fer de lance de l'industrialisation des-batteries à semi-conducteurs. Dans le domaine de la formation de films secs, l’innovation des équipements est le principal moteur de la mise en œuvre technologique.

•-Équipement de processus frontal :Représente environ 32 % de la valeur de l'ensemble de la chaîne de production, y compris les équipements de base pour le mélange à haute-efficacité, la dispersion des matériaux, le revêtement et le traitement à haut-cisaillement.

• Équipement de processus-de milieu de gamme :Représente environ 45 % de la valeur de la ligne, centré autour d'une machine d'empilage à haute-efficacité (25 % de la valeur de la ligne) et de presses isostatiques horizontales (13 % de la valeur de la ligne), couvrant l'ensemble du processus depuis le façonnage jusqu'à la densification.

•-Équipement de processus back-end :Représente environ 23 % de la valeur de la gamme, y compris les testeurs complets de poudre sèche et les solutions de montage horizontal à haute température-pour les armoires intégrées à batteries-à semi-conducteurs, permettant une formation de tension-haute, ainsi qu'une classification et un assemblage de capacité.

06. TOB NEW ENERGY : fournir des solutions complètes du laboratoire à la production de masse

Répondre aux opportunités et aux défis d’industrialisation de la technologie de formation de film sec,TOB NOUVELLE ÉNERGIEs'appuie sur des années d'accumulation technique dans la fabrication de batteries pour offrir aux clients une solution complète allant du laboratoire à la production de masse.

Solutions pour les lignes d'électrodes sèches à l'échelle du laboratoire

Nous fournissons une gamme complète d’équipements et de services personnalisés pour les lignes expérimentales d’électrodes sèches. Notre développéBroyeur à jet de laboratoireintègre la miniaturisation, l'intelligence et la haute précision, adaptée à la préparation de poudres de qualité expérimentale-nécessaire à la fibrillation des matériaux d'électrodes sèches des batteries au lithium. LeMachine de formage de film d'électrode sèche de laboratoireest un équipement de recherche sur électrodes sèches en laboratoire qui peut être utilisé pour le processus de formation de poudre en film.

Solutions pour la production à échelle pilote-

Nous offronsMachines de formage de films à électrodes sèchesqui répondent à diverses exigences de la chaîne de production, y compris l'équipement pour une capacité de production de masse de niveau GWh-. Grâce à un contrôle précis de la tension et à un ajustement de l’épaisseur, nous pouvons réaliser la préparation de feuilles d’électrodes sèches aussi fines que 27 μm, voire plus.

Solutions pour la production industrielle de masse

Pour les besoins de production industrielle de masse, nous proposons des solutions complètes de lignes de production d’électrodes sèches. Notre système couvre tous les processus, y compris l'alimentation contrôlable, la formation de film, l'amincissement, la composition du collecteur de courant et l'inspection qualité. La largeur du produit peut atteindre 1 000 mm, avec une plage d'épaisseur de 40-300 μm, et est compatible avec 2 à 6 feuilles d'électrodes sèches fonctionnant en parallèle pour une production à haut rendement.

Notre équipe technique comprend parfaitement tous les aspects du processus de formation de film sec et peut fournir des solutions d'optimisation de processus personnalisées basées sur les systèmes de matériaux spécifiques du client (tels que les électrodes négatives en graphite/silicium-carbone, les électrodes positives ternaires/LFP et divers matériaux d'électrodes-à l'état solide-et les équipements. Sur le plan des matériaux, nous accompagnons nos clients avec-des matériaux de batterie de pointe, notamment des liants spécialisés et des agents conducteurs modifiés adaptés au procédé sec, garantissant une compatibilité optimale entre les matériaux et le processus.