双螺杆挤出+压延工艺实现规模化生产硫化物全固态电池正极

全固态电池凭借高能量密度、宽温域工作、长循环寿命、高安全性等优势，成为新能源汽车、储能等领域的核心技术方向。双螺杆连续混合挤出+压延技术路线具备混合分散效果好、无批次差异、可连续生产等特点，是全固态电池规模化生产最具潜力的工艺方案。

赛默飞世尔科技 Process 11 平行双螺杆挤出机是一款小型桌面式挤出机，可对高硬度电池物料实现高剪切混合连续化挤出，仅需20g物料即可对配方、挤出工艺进行快速验证。同时，可灵活调整螺杆结构设计、温度、螺杆转速等工艺参数，快速寻找到最优电池生产工艺方案。在此，我们介绍一项采用 Process 11 双螺杆挤出机连续挤出混合+直接压延实现硫化物全固态电池正极规模化生产的成功案例。

图1.Process 11 平行双螺杆挤出机装置图

工艺方案

采用干法工艺将活性材料 NCM、电解质 LPSCl、导电炭黑和粘结剂 PTFE 预混后加入 Process 11 双螺杆挤出机中混合挤出，后用双辊压延将挤出物料压延成正极薄膜。同时，采用传统湿法工艺将相同物料均质混合制备正极薄膜作为对比。

结果分析：

从 SEM 照片可清晰看出经螺杆剪切混合挤出后， PTFE 纤维化并贯穿整个复合颗粒内部交织分布，形成均匀的纤维网络结构。经双辊压延后成功形成约 10cm 宽的均匀正极薄膜。

图1.预混料（a、d）、双螺杆挤出后的纤维化粉末颗粒（b、e）以及通过压延获得的正极薄膜（c、f）的图片及其扫描电子显微镜（SEM）图像

对比分析干法和湿法正极的微观结构、电化学性能等重要指标参数后发现干法电极表现出以下显著优势：

01 干法正极薄膜的各组分分布更加均匀

EDX 结果显示湿法正极存在明显导电炭黑团聚（图2d碳信号图）和 LPSCl 团聚（图2f硫信号图），与之相反，干法正极碳信号和硫信号分布高度均匀。这一结果有力证明了双螺杆挤出工艺具有更优的混合效果。

图2.干法正极（a、c、e）及湿法正极（b、d、f）的截面 SEM 照片和 EDX 测试结果

02 干法正极活性材料–电解质界面更致密

双螺杆的高剪切力使塑性硫化物电解质紧密包覆 NCM 颗粒表面，形成无空隙的致密活性材料–电解质界面（图3a）；而湿法工艺的界面存在大量空隙，电解质与活性材料接触不充分（图3b）。

图3.干法正极（a、c）和湿法正极（b、d）的横截面和表面SEM照片

03 干法正极的离子电导率远高于湿法正极

经测试，干法工艺正极的离子电导率最高达3.4×10^-2mS/cm，显著高于湿法正极（3.5×10^-3mS/cm）。这主要归因于干法正极各相分布更加均匀、活性材料-电解质界面更致密以及无溶剂导致LPSCl降解。

图4.在 12MPa 堆叠压力和25℃条件下测得不同正极的离子电导率

04 干法电极的电化学性能明显优于湿法

干法电极曲折度低至9.3，远低于湿法的74.3，首次库仑效率和充电容量均明显高于湿法，放电容量最高116 mAh/g，远高于湿法（39 mAh/g），这些优势归因于干法正极界面更致密，阻抗更低，同时各相均匀性更高。

图5.不同挤出温度、压延线载荷及压延温度条件下，不同电极曲折度结果（a、b、c）、初始充放电循环电压曲线（d、e、f）以及0.1-1 C倍率下的放电率测试结果（g、h、i）

结论

双螺杆混合挤出+双辊压延的连续式干法工艺实现了硫化物固态正极的规模化制备，不仅证明了这种干法工艺相比湿法具有显著优势，更验证了双螺杆混合挤出方案是一种有前景的可规模化放大生产的固态电池生产方案。

参考文献

M.Wolf, B.vom Hau, R.Wilhelm, et al. “Impact of Extrusion and Direct Calendering on Dry-Coated Cathodes for Sulfidic All-Solid-State Batteries.” Advanced Energy Materials16, no. 11 (2026): e06443.