利用無(wú)溶劑工藝改善鋰離子電池制造

美國(guó)伍斯特理工學(xué)院(wpi)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種無(wú)溶劑工藝來(lái)制造鋰離子電池電極，這種電極比目前市場(chǎng)上的電極更環(huán)保、更便宜、充電更快，這一進(jìn)步可改善電動(dòng)汽車電池的制造。研究成果發(fā)表在《焦耳》雜志上。

目前的鋰離子電池充電太慢，制造商通常使用易燃、有毒和昂貴的溶劑，這增加了生產(chǎn)時(shí)間和成本。而無(wú)溶劑制造工藝可生產(chǎn)出20分鐘內(nèi)充電到78%容量的電極，其不需要溶劑、漿料和較長(zhǎng)的生產(chǎn)時(shí)間，解決了以上缺點(diǎn)。

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的干印制造工藝，避免了使用漿料和傳統(tǒng)生產(chǎn)方法制造電極時(shí)所需的有毒溶劑，同時(shí)縮短了干燥時(shí)間。wpi機(jī)械與材料工程系教授王巖表示，新工藝可擴(kuò)大規(guī)模，將電極制造成本降低至少15%，同時(shí)還生產(chǎn)出充電速度更快的電極。

商用鋰離子電池電極通常通過(guò)將活性材料、導(dǎo)電添加劑、聚合物和有機(jī)溶劑混合制成漿料，該漿料粘貼到金屬基板上，在烤箱中干燥，然后切成碎片用于電池，溶劑則通過(guò)蒸餾回收。

相比之下，新工藝涉及將帶電的干粉混合在一起，以便它們?cè)趪娡康浇饘倩纳蠒r(shí)會(huì)黏附，然后干涂電極被加熱和用滾筒壓縮。團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，跳過(guò)傳統(tǒng)的干燥和溶劑回收過(guò)程，估計(jì)可將電池制造的能源使用量減少47%。

長(zhǎng)期以來(lái)，王巖團(tuán)隊(duì)一直專注于改進(jìn)鋰離子電池并減少它們產(chǎn)生的廢物。電極研制工作得到了美國(guó)能源部、美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)盟公司和馬薩諸塞州清潔能源中心資助。wpi已經(jīng)就王巖團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的制造技術(shù)提交了專利申請(qǐng)。

鋰離子電池的研發(fā)其實(shí)可追溯到20世紀(jì)70年代，但直到電動(dòng)汽車、智能手機(jī)、平板電腦的普及，鋰離子電池才得到真正推廣。鋰離子電池的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)：高電壓、長(zhǎng)壽命和低自放電率，這些都支撐了它如今的“地位”，但其制造技術(shù)也面臨著多種挑戰(zhàn)，譬如，提高能量密度、進(jìn)一步延長(zhǎng)壽命、降低成本，以及最重要的——提高安全性能。隨著類似本文中新工藝的不斷出現(xiàn)，鋰離子電池未來(lái)將會(huì)擁有更廣闊的應(yīng)用前景，并且在能源領(lǐng)域的作用將會(huì)越來(lái)越重要。