Processus sec: simplification de la fabrication d'électrodes

Lorsque la technologie permet la reconstruction de la logique de fabrication, l'équipement devient la source de la vitalité industrielle.

Dans les premiers stades de la fabrication de la batterie au lithium, des changements subtils se produisent. Certaines entreprises cherchent à simplifier le processus de préparation des électrodes et commencent à expérimenter la préparation des électrodes sèches.

Les électrodes sèches ne sont pas un concept nouveau; ils ont été appliqués dans les laboratoires européens et américains dès 1982. Cependant, l'attention concentrée de l'industrie sur les électrodes sèches a commencé il y a trois ans avec une «conspiration» de Tesla. En 2019, Tesla a acquis Maxwell pour 235 millions de dollars en actions, soit une prime de plus de 55%. La technologie de base de Maxwell est la technologie des électrodes sèches. L'année suivante, Tesla a présenté la 4680 batterie cylindrique le jour de la batterie, annonçant qu'elle appliquerait la technologie des électrodes sèches dans ce nouveau système de batterie cylindrique. L'application de la technologie des électrodes sèches dans les matériaux d'électrodes positives et négatives peut éliminer le besoin de solvants, améliorer les avantages de performance des électrodes et réduire les investissements en équipement grâce à des processus simplifiés. Cependant, l'industrialisation de la préparation des électrodes sèches est toujours en retard par rapport à la méthode humide. Plus tôt cette année, l'usine pilote de Tesla à Fremont, en Californie, a produit sa millionième batterie 4680. L'industrialisation de «l'ouragan» de la batterie cylindrique 4680 est en train de sévir, faisant de la percée de la technologie des électrodes sèches une tâche urgente.

Préparation de l'électrode: sec vs humide

Dans les premiers stades de la fabrication de la batterie au lithium, le processus de préparation des électrodes humides est déjà très mature. Le processus implique le mélange, le revêtement, le séchage, la récupération NMP et le laminage, la transition de l'électrode de sec à humide et de nouveau à sec. Le processus humide est relativement simple; avec l'état «humide», le lisier a une bonne fluidité et moins de bulles, améliorant considérablement l'efficacité de la préparation des électrodes et jetant une base solide pour que la batterie électrique se dirige vers l'ère TWh. Par rapport à la méthode humide, le processus sec présente quatre avantages majeurs:

• Processus de production simplifié: Le noyau de la préparation de l'électrode sèche est l'abandon de «humide». La méthode sèche n'utilise pas de liants ou de solvants, simplifiant les processus de préparation du lisier, de revêtement, de séchage et de récupération du solvant dans la méthode humide.

• Densité d'énergie accrue: les électrodes préparées à sec peuvent avoir une densité de compactage plus élevée, accueillant plus de matériau actif. De plus, à mesure que les solvants sont progressivement abandonnés, l'intégration des matériaux des électrodes négatives s'améliore, facilitant la supplémentation en lithium et réduisant la perte de capacité initiale du cycle. Actuellement, la densité d'énergie des électrodes sèches dépasse 300Wh/kg, avec un objectif à long terme d'atteindre 500Wh/kg.

• Compatibilité avec les systèmes de batterie: Le système de matériau de batterie de puissance évolue progressivement vers des matériaux dopés à haute teneur en nickel et en silicium. La technologie des électrodes sèches peut réduire l'impact de l'humidité sur les performances des électrodes positives à haute teneur en nickel et mieux résister à l'expansion des électrodes négatives à base de silicium.

• Durée de vie étendue: sans classeurs, la durée de vie de la batterie est considérablement améliorée.

La possibilité de «simplification extrême»

La difficulté du choix réside dans le dilemme entre ce qui devrait être et ce qui est facile. En comparant les deux méthodes, la préparation des électrodes humides est actuellement mature, tandis que la production de masse des électrodes sèches représente une possibilité de «simplification extrême». La vision de la préparation des électrodes sèches est prometteuse: des zones d'usine et d'équipement plus petites, une consommation d'énergie plus faible et des coûts de batterie réduits. Cependant, la mise en œuvre de l'abandon du «mouillé» dans les applications commerciales n'est pas facile. En 1991, Sony a exploré l'utilisation commerciale de la méthode humide, qui est depuis devenue le courant dominant pour la préparation des électrodes, précisément pour éviter les problèmes de faisabilité, d'efficacité et de cohérence de la préparation à sec. Cependant, des changements se produisent tranquillement dans la préparation des électrodes sèches. L'industrialisation rapide de la batterie cylindrique 4680 est à un moment critique, nécessitant à la fois une expansion d'échelle et des mises à niveau du processus. À mesure que le processus de préparation des électrodes sèches mûrit, une croissance exponentielle est plus probable. En tant qu'entreprise représentative de l'équipement domestique de batterie au lithium, Jiatuo Intelligent accélère également la recherche et l'application de l'électrode sèche pTechnologie de réparation. Zhou Yan a déclaré que l'exploration par Jiatuo de la préparation à sec a commencé en 2015, conduisant à la création d'un laboratoire à sec et à la vérification progressive de la formation de films pour les matériaux de batterie traditionnels. Les résultats de la technologie de préparation des électrodes sèches sont apparus successivement, et le processus de préparation des électrodes sèches de Jiatuo Intelligent est passé régulièrement du scepticisme initial à ses pairs aujourd'hui.

Donner la vie à la fabrication

En tant qu'extension du corps humain, les itérations d'équipement et de processus devraient doter la fabrication d'une vitalité plus forte. Se concentrer uniquement sur les cibles de capacité et les pourchasser par réplication mécanique peut mettre la charrue avant les boeufs. Les discussions sur la préparation des électrodes sèches impliquent inévitablement des innovations fondamentales dans les équipements. L'équipement de processus de formation de film d'électrodes-système à double bande en acier-utilise la technologie de laminage de courroie en acier double pour fabriquer des films autoportants pour électrodes sèches. Le système de courroie en acier peut servir de support pour les films d'électrodes autoportants, réduisant ainsi la survenue de ruptures de courroie pendant la fabrication de rouleau à rouleau et le mouvement à grande vitesse. L'équipement de processus de formation et d'amincissement de film d'électrode-laminage à plusieurs étages-utilise la technologie de laminage pour comprimer la poudre en films épais, qui sont ensuite amincis à travers de multiples pressages à chaud et enroulés ou composés avec des collecteurs de courant, assurant un amincissement continu du film à l'épaisseur spécifiée et une densité de compactage croissante.

L'avenir de la technologie des électrodes sèches est prometteur. Avec le développement des processus d'électrode sèche, la densité d'énergie des électrodes peut être augmentée à 500Wh/kg, avec une augmentation 25% de la densité d'énergie de la batterie tous les deux ans et une réduction continue 10% des coûts, percer le goulot d'étranglement de densité d'énergie des batteries au lithium ternaires. Bien que la phase actuelle ne puisse pas exiger les mêmes résultats de production de masse à partir de la méthode sèche que de la méthode humide, les miracles industriels devraient être accompagnés de la question: «Cela a-t-il toujours été ainsi? Face aux défis d'un nouveau cycle industriel, nous devons avoir le courage de rompre et de reconstruire, en promouvant une auto-révolution.