干法电极行业深度研究报告:干法电极初露锋芒.pdf
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- 时间:2023/05/15
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干法电极行业深度研究报告:干法电极初露锋芒。干法电极是较传统湿法电极的全面升级。基本原理:传统湿法电极采用粉体材料与溶剂混合制备浆料,然后进行 涂布、干燥、溶剂回收等工序制备电极。干法电极利用粘接剂的原纤化 作用实现活性物质的粘连,粉体材料混合后直接制备自支撑膜,与集流 体辊压后制备成电极。
工序差异:干法电极取消了浆料制备、涂布、干燥及溶剂回收等工序, 新增了干法制膜工序,常见的制膜方法:粘接剂原纤化法法、静电喷涂 法,其中以粘接剂原纤化法为主。
材料差异:粘接剂从正极的 PVDF 和负极的 CMC+SBR 变更为 PTFE。
设备差异:取消涂布、烘干、溶剂回收设备;增加纤维化设备,主要为 气流粉碎、螺杆挤出机、开炼机;制膜所需的辊压机要求提升。
性能差异:制造成本降低 18%;正、负极材料压实密度分别提升 32.61% (磷酸铁锂)、8.38%(三元)、11.04%(石墨),能量密度提高 20%;循 环性能、耐久度、阻抗等在实验室条件下均更优。
与下一代电池更适配:1)固态电池:干法电极与固态电池设计思路均为 取消传统液态材料,难点均为材料均匀性及固固界面阻抗问题。干电极 制造的无溶剂特性更适配固态电池,且原纤化工艺可用于提高固态电解 质膜性能;2)预锂化:避免溶剂与预锂添加剂发生反应;3)4680:特 斯拉收购 Maxwell 掌握干电极中的粘接剂原纤化法工艺,4680 样件中已 在负极使用干电极,目前正在突破正极难点。
干电极所需新型粘接剂 PTFE,市场空间巨大
传统 PVDF 不适配干电极。干电极制膜主流采用粘接剂原纤化法,而 PVDF 无法纤维化,只能应用在非主流的静电喷涂法中。
主流纤维化法所需粘接剂 PTFE 尚未成熟。PTFE 聚合分子量较大,可形 成更长的原纤维,惰性强抗腐蚀,同时有良好机械性能,综合性能更优, 目前适用于干电极的高端 PTFE 尚未成熟。特斯拉专利显示普通 PTFE 无 法直接应用于干电极,必须进行改性,方法包括 1)碳包覆 PTFE:改善 导电性,提高稳定性,抑制电解液分解等;2)与非原纤化材料混合:降 低粒径,改善均匀性,提高粘连性。
干电极 PTFE 需求增速是传统粘接剂的 4 倍。干电极的正负极均可采用 PTFE 作为粘接剂,且质量占比从传统正极~2%(PVDF)/负极~3% (SBR+CMC)分别提升至 5~8%,在干电极渗透率逐步提高的背景下, PTFE 需求有望高增。
干电极渗透率提升拉动 PTFE 需求量。假设干电极渗透率在 24 年达到 1%,25 年达到 3%,30 年达到 15%,PTFE 均价 5.2 万元/吨。保守测算 下,2030 年干电极带来的高端 PTFE 市场需求将达到 21.91 万吨, 2024-2030 年 CAGR=94.10%;预计高端 PTFE 的市场价值在 2025 年达到 27.83 亿元,2030 年达到 161.86 亿元。
干电极提升纤维化及制膜设备需求
纤维化设备:当前有三条技术路线:气流粉碎机,螺杆挤出机,开炼机。 气流粉碎机效率最高,螺杆挤出机良率最高。
辊压机:传统湿法辊压仅为压实压密作用,最大压力不足 100 吨。干法 工艺对辊压要求更高,特斯拉最新采购的 SACMI 2000 最大压力可达 3500 吨,被认为将用于干电极正极辊压。
设备集成化:大型设备集成加料、混料、纤维化、制膜、辊压、分切、 收卷等功能,降低流转时间,提高效率及一致性等,设备价值量更高。
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