达尔豪斯大学发现新工艺 可使电池生产更加环保

盖世汽车讯 从燃油汽车转向电动汽车是减少碳排放的一种方式，但制造为电动汽车提供动力的锂离子电池本身可能是一个耗能且污染严重的过程。据外媒报道，美国达尔豪斯大学（Dalhousie University）研究人员开发出一种更便宜、更环保的制造工艺。

图片来源：《ACS Omega》

“制造锂离子阴极材料需要大量的能源和水，并会产生废物。它对环境的影响最大，尤其是电池的二氧化碳排放量，”达尔豪斯大学化学系和物理与大气科学系教授Mark Obrovac博士表示。“我们想看看是否有更环保、更可持续、更便宜的方法来制造这些材料。”

大多数电动汽车电池使用都是锂镍锰钴氧化物（NMC），且元素混合在阴极的晶体结构中。此类电池通常是通过将元素溶解在水中，然后使用元素聚集成固体时形成的晶体来制成。这个工艺需要大量的水（然后必须对其进行处理以清洁）和能源，这是电池成本和碳足迹的主要来源。利用萨斯喀彻温大学（University of Saskatchewan）的加拿大光源（CLS），Obrovac及其团队研究是否可以使用全干法工艺来获得相同的结果，同时节省能源、水和金钱。相关研究成果已发表期刊《ACS Omega》和《Journal of the Electrochemical Society》上。

“我们想看看，如果使用干燥材料，并使用用大型工厂中常见的简单工艺将这些材料混合起来，然后加热，是否能得到同样的质量，”Obrovac表示。“在什么条件下，你可以这样做，以获得商业级材料，同时减少水和废物？”

用干材料制成的阴极有时不如用水制成的阴极均匀，因此该团队尝试了各种方法，使用不同的氧化物和加热方式，在不同的温度和压力下确定哪种方法效果最好。

研究人员在尝试这些不同的实验时使用CLS的Brockhouse光束线观察炉内情况，以准确了解过程中发生的情况。“我们发现了有关如何改进工艺的重要信息，以便生产出更高级的NMC型阴极材料，”Obrovac称。

目前市面上质量最高的阴极是由颗粒直径约为5微米的单晶制成的。通过仔细调整起始材料和炉子条件，Obrovac团队能够使用全干法工艺重现这些品质，使阴极材料可与当今市场上最好的阴极材料相媲美。

Obrovac与位于新斯科舍省的电池公司NOVONIX合作，该公司正在使用全干法工艺在达特茅斯的中试工厂生产阴极材料。该工厂每年可生产10吨阴极材料，其方法的资本成本比传统（湿法）方法低30%，运营成本低50%，能耗低25%，同时不需要工艺用水，并且不会产生任何废物。

Obrovac表示：“这些数字非常大，这在很大程度上是这些电池材料生产的重大变革。这将导致电池整体成本降低，全球变暖足迹大幅减少。”