干法涂布

一、基本概述

干法涂布（dry electrode process）是一种创新的电极制备方法。该技术采用干法工艺将粘合剂、活性材料和导电剂充分混合后，直接压覆于集流体上制备电极，全程无需溶剂参与。其核心在于利用物理剪切力使粘结剂（如PTFE）形成三维纤维网络，包裹活性材料、导电剂直接压延成自支撑膜。干法涂布技术能够消除电池极片制备过程中有毒溶剂的使用（如NMP），大幅降低能耗与污染，是锂电池绿色制造的关键路径之一。

二、分类信息

三、详细解释

锂离子电池以其高能量密度、高功率、长循环寿命等优势在新能源动力和储能设备中占据着主导地位。随着新能源汽车商业化进程加速和电化学储能市场的快速扩张，市场对锂离子电池的制造成本和性能表现提出了更高的要求。

锂离子电池的成本和性能在很大程度上取决于电极的制造工艺。传统电极制备主要依赖于湿法涂布技术，所谓“涂布”，是电极制备的关键步骤之一，主要用于将活性物质均匀地涂覆在集流体（如铝箔或铜箔）上，形成电极膜。电化学反应在活性物质中发生，电极因此在充放电过程中可以存储和释放能量。但是，湿法涂布干燥过程成本较高，所使用的有机溶剂存在毒性和易燃问题，极大影响了电池工业的环境友好性和可持续性。

干法涂布是锂电池制造的前沿工艺，通过物理混合-原纤化-压延三步替代传统湿法涂布工艺，具体流程如下：

物理混合：活性材料、导电剂与PTFE干粉高速混合；

原纤化：剪切力使PTFE伸展为纤维网，包裹颗粒形成膜胚；

压延：高压辊压（100-200MPa）成自支撑膜，复合集流体。

相较于传统湿法涂布工艺，干法涂布工艺在成本效率、性能提升、结构稳定性、环保程度和生产适应性五个方面存在显著优势：

（1）成本优势：干法工艺省去涂布、干燥及溶剂回收等环节，设备投资低、能耗小、所需场地面积小，可大幅度降低设备、人力、设施和能源的投入成本，电芯制造成本可综合降低约18%。

（2）性能提升：干法工艺能有效提升活性物质的压实密度，同等条件下，电池的能量密度可获得约20%的提升。

（3）结构稳定性提升：干法工艺中粘结剂形成的原纤化网状结构，极大增强了活性物质的稳固性，防止膨胀与脱落，从而提升了电极的整体电性能与使用稳定性。

（4）环境友好：干法涂布无需使用存在毒性的有机溶剂（如NMP），避免了溶剂的挥发和回收问题，减少了环境污染。

（5）适应电池技术的前沿发展需求：更好地适应了电池技术的前沿发展需求，如预锂化策略和固态电池的制备，展现出在先进电池制造领域的广泛适用性和未来潜力。

干法涂布技术最初由美国Maxwell公司（后被特斯拉公司收购并应用于4680电池）开发，目前该公司在干法电极制备技术上仍处于领先地位。国内多家主流电池企业也在持续跟进，如宁德时代公司已将该技术并入其固态电池技术路线图中。

2025年工信部印发的《2025年工业和信息化标准工作要点》，明确提出将全固态电池作为重点领域，加强标准工作顶层设计，建立健全全固态电池标准体系。干法电极技术作为全固态电池制造中的关键工艺之一，其设备研发是推动全固态电池产业化的重要环节。

图1 干法工艺生产电极示意图。图片来源：参考资料[3]

四、应用领域/前景

全球锂电池需求持续增长，特别是固态电池和高能量密度电池的需求增加，推动了干法电极技术的规模化应用。根据国际能源署（IEA）的预测，全球锂电池产能将在2030年达到6200 GWh，这为干法电极设备制造商带来了巨大的市场机遇。

目前，干法涂布技术正从实验室创新加速迈向产业化核心工艺，核心突破方向包括：

（1）核心辊压设备开发：辊压机作为干法工艺的核心设备，已成为行业技术竞争的关键战略要地。它是保证电极厚度均匀一致的关键步骤，其成膜性能及生产效率是决定干法工艺能否实现量产的核心要素。

（2）高值材料开发：研发非PTFE粘结剂体系（如改性PVDF），解决锂损耗问题；开发高强度复合电极膜，适配全固态电池超高压实密度需求。

（3）工艺升级：推动连续化生产，提升目标正极膜速度和负极膜速度，追赶湿法工艺160m/min的效率。

智能化和模块化也是干法电极设备的重要发展方向。国内外厂商正通过引入物联网技术和AI算法，优化生产流程，提高生产效率并降低能耗。例如，日本开发的智能辊压机，通过实时参数调节提升了生产效率，并有效降低了能源消耗。

随着国内企业技术水平的持续提升，全球干法电极设备市场竞争正从单一的技术主导向多元化竞争转变。虽然国外企业仍占据一定技术优势，但国内企业凭借较高的性价比和对市场需求的快速响应，正逐渐扩大市场份额。随着干法电极技术的广泛应用，未来竞争将更加激烈，创新和研发能力将成为决定企业成败的关键因素。

五、绿色应用难点

干法涂布技术作为一种新兴的电极制备工艺，具有显著的环保优势，如无溶剂使用、低能耗和低污染等。然而，在实际应用中，该技术仍面临一些绿色应用难点。这些难点主要体现在以下几个方面：

第一，产能与效率问题。干法涂布技术在大规模生产中的应用仍面临产能和效率的挑战。例如，干法涂布的最核心问题是产能过低、速度过慢，这导致其在宽幅喷涂时的均匀性及粘结力表现弱于传统的湿法工艺。

第二，涂层均匀性与质量控制问题。干法涂布技术在涂层均匀性和质量控制方面存在技术挑战。如果干法电极涂层不均匀，可能会在电极中形成所谓的“热点（hot spots）”，导致电池电性能衰减、潜在短路甚至灾难性的电池事故。

第三，粘结剂与材料问题。干法涂布技术中，粘结剂的性能和分布对电极的质量至关重要。例如，必须实现混合物中PTFE原纤维的均匀分布，同时避免损坏活性材料颗粒。此外，PTFE在低电位下不稳定，会与锂发生不可逆反应，这限制了其在负极中的应用。

未来，随着材料科学的进步、工艺流程的优化以及智能化设备的普及，这些问题有望逐步得到解决。

本词条贡献者：

陈来 北京理工大学材料学院特别研究员、博士生导师，北京理工大学重庆创新中心副主任，IEEE PES储能技术委员会（中国）储能材料与器件技术分委会常务理事，重庆材料学会第五届理事会理事，重庆市知识产权研究会第五届理事会理事，中国兵工学会、中国化学会会员，入选第四届中国科协青年人才托举计划、北京市科技新星计划

闫康 北京理工大学重庆创新中心副研究员，北京理工大学硕士生导师，中国化学会、中国化工学会会员

本词条审核专家：

路瑞刚 中国汽车工程学会科普文化与传播部部长

参考来源：

[1]工信部发布2025年标准工作要点：全固态电池标准体系建设加速

https://libattery.ofweek.com/2025-04/ART-36000-8480-30660913.html

[2]孙浩团队Advanced Materials：相变调控策略解锁可持续、高性能干法电极

https://fsctm.sjtu.edu.cn/info/1044/4164.htm

[3]从膜到电极：干法制备工艺的深度剖析与未来展望

https://finance.sina.com.cn/roll/2025-03-14/doc-inepqxcq3971525.shtml

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