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ORNL進一步開發(fā)干法制造工藝 實現(xiàn)更清潔、能量更高的電動汽車電池
時間:2023-07-20 09:24來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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為電動汽車提供動力的鋰離子電池是清潔能源經(jīng)濟的關(guān)鍵，但鋰離子電池的電極通常是由含有有毒溶劑的濕漿料制成。這種生產(chǎn)方法不僅昂貴，還會帶來健康和環(huán)境風(fēng)險。
據(jù)外媒報道，美國能源部（Department of Energy）橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）的早期實驗表明干電池制造工藝具有顯著優(yōu)勢，可消除溶劑，同時有望提供耐用的電池，減少非活性元素的重量，并且能夠在使用后保持高能量存儲容量。這些改進可以推動電動汽車的普及，從而有助于減少碳排放并實現(xiàn)美國的氣候目標(biāo)。相關(guān)研究已發(fā)表于期刊《Chemical Engineering Journal》。
圖片來源：Navitas
干法工藝是一種相對較新的替代方案，可以減少工廠占地面積、節(jié)省時間和能源，以及降低廢物處理和啟動費用。然而，到目前為止，研究人員對其工作原理和原因的了解還很有限。
ORNL和行業(yè)合作伙伴Navitas Systems探討了干法工藝如何影響電池材料的結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能。當(dāng)鋰離子在陰極和陽極的電極之間移動時，電池產(chǎn)生能量。 該團隊專注于電極干法處理策略，其中包括將干粉末與粘合劑混合，然后壓實材料以改善顆粒之間的接觸。通過關(guān)注某些材料或混合方法，該策略可以應(yīng)用于陽極和陰極。
Navitas公司制造出電極后，ORNL研究人員在Jianlin Li和Runming Tao的帶領(lǐng)下，測量它們在不同條件下、不同時間范圍內(nèi)的電化學(xué)性能。ORNL團隊對干法電極如何降解有了新的認識。
研究結(jié)果顯示，采用干法工藝制造的電池在長期使用后顯示出“卓越”的容量保持能力。研究人員發(fā)現(xiàn)，干法電池“在化學(xué)上非常理想”，因為它們的結(jié)構(gòu)允許鋰離子在陽極和陰極之間采取更直接的路徑。電極更厚，可以承受更高的能量負載，同時減少增加尺寸和重量的非活性成分。
Tao表示：“電極中有更多的活性材料。即使在循環(huán)后，它也不會出現(xiàn)裂縫。”這兩個優(yōu)點體現(xiàn)了高能量密度和良好的長期循環(huán)性能。該電極可以很好地彎曲，表現(xiàn)出優(yōu)異的機械強度和量產(chǎn)電池所需的卷繞能力。
干法工藝與當(dāng)前最先進的電極制造設(shè)備高度兼容，可以為制造商和美國供應(yīng)鏈帶來多種益處，同時減少環(huán)境影響，使電池工廠適用于更多地方。
研究的下一步是穩(wěn)定將陽極組件連接到薄金屬集流體的材料。Li表示：“這個項目的一個主要目標(biāo)是開發(fā)或確定一種用于干法工藝的更好的粘合劑，因為目前的粘合劑對于陽極環(huán)境不是很穩(wěn)定。”該團隊還致力于減少炭黑的用量，這種材料可以保持電池的導(dǎo)電性，但會降低其能量密度。
ORNL和Navitas研究人員將繼續(xù)改進該工藝以提高電化學(xué)性能。目標(biāo)是平衡較厚電極的優(yōu)點和缺點，即更高能量負載的潛力和易于滾動，以及較低功率（由于離子需要移動更遠的距離）。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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