ORNL进一步开发干法制造工艺 实现更清洁、能量更高的电动汽车电池

盖世汽车讯 为电动汽车提供动力的锂离子电池是清洁能源经济的关键，但锂离子电池的电极通常是由含有有毒溶剂的湿浆料制成。这种生产方法不仅昂贵，还会带来健康和环境风险。

据外媒报道，美国能源部（Department of Energy）橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）的早期实验表明干电池制造工艺具有显著优势，可消除溶剂，同时有望提供耐用的电池，减少非活性元素的重量，并且能够在使用后保持高能量存储容量。这些改进可以推动电动汽车的普及，从而有助于减少碳排放并实现美国的气候目标。相关研究已发表于期刊《Chemical Engineering Journal》。

图片来源：Navitas

干法工艺是一种相对较新的替代方案，可以减少工厂占地面积、节省时间和能源，以及降低废物处理和启动费用。然而，到目前为止，研究人员对其工作原理和原因的了解还很有限。

ORNL和行业合作伙伴Navitas Systems探讨了干法工艺如何影响电池材料的结构及其电化学性能。当锂离子在阴极和阳极的电极之间移动时，电池产生能量。 该团队专注于电极干法处理策略，其中包括将干粉末与粘合剂混合，然后压实材料以改善颗粒之间的接触。通过关注某些材料或混合方法，该策略可以应用于阳极和阴极。

Navitas公司制造出电极后，ORNL研究人员在Jianlin Li和Runming Tao的带领下，测量它们在不同条件下、不同时间范围内的电化学性能。ORNL团队对干法电极如何降解有了新的认识。

研究结果显示，采用干法工艺制造的电池在长期使用后显示出“卓越”的容量保持能力。研究人员发现，干法电池“在化学上非常理想”，因为它们的结构允许锂离子在阳极和阴极之间采取更直接的路径。电极更厚，可以承受更高的能量负载，同时减少增加尺寸和重量的非活性成分。

Tao表示：“电极中有更多的活性材料。即使在循环后，它也不会出现裂缝。”这两个优点体现了高能量密度和良好的长期循环性能。该电极可以很好地弯曲，表现出优异的机械强度和量产电池所需的卷绕能力。

干法工艺与当前最先进的电极制造设备高度兼容，可以为制造商和美国供应链带来多种益处，同时减少环境影响，使电池工厂适用于更多地方。

研究的下一步是稳定将阳极组件连接到薄金属集流体的材料。Li表示：“这个项目的一个主要目标是开发或确定一种用于干法工艺的更好的粘合剂，因为目前的粘合剂对于阳极环境不是很稳定。”该团队还致力于减少炭黑的用量，这种材料可以保持电池的导电性，但会降低其能量密度。

ORNL和Navitas研究人员将继续改进该工艺以提高电化学性能。目标是平衡较厚电极的优点和缺点，即更高能量负载的潜力和易于滚动，以及较低功率（由于离子需要移动更远的距离）。