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            德国科学家研发新型高效、环保电极生产工艺

            发布时间: 2019-06-29     来源: 能源界

            据外媒报道,德国德累斯顿弗劳恩霍夫材料与射线研究所(Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS)研究人员研发了一种新型生产工艺,可在未来实现高效、环保电池的生产。研究人员给储能电池的电极涂上了一层干膜,而不是液体化学物质,该过程可节省能源,消除有毒溶剂。目前,芬兰一家公司正在测试该项新技术。

            目前,对更好、更经济的储能生产方式的需求正不断上涨,特别是在德国,所有主流汽车制造商都推出了雄心勃勃的电动汽车计划,也将导致电池的需求大幅上涨。目前为止,德国公司都一直从亚洲购买电池,原因在于:首先,亚洲科技集团在量产电池方面拥有多年经验;另一方面,德国等地电价很高,因而生产电池的成本很高。

             

            不再具有有毒溶剂电力成本更低

             

            这正是弗劳霍恩夫研究人员想要改变的事实:我们的干燥转移涂层工艺(dry transfer coating process)旨在显著降低电极涂层的工艺成本。” Benjamin Schumm博士表示:电池制造商不再需要有毒且昂贵的溶剂,并且干燥涂层工艺还节省了能源成本。此外,我们的技术还促进了电极材料的使用,此类材料很难甚至不可能用湿化学法进行处理,但是此类材料却是未来生产更高能量密度电池所必须的。

             

            芬兰的试验工厂正式投产

             

            芬兰电池公司BroadBit Batteries正与IWS合作,在其艾斯波工厂启动了试点工厂,该工厂使用干电极材料而不是湿的糊状物覆盖电极。BroadBit公司正采用该工艺生产新型钠离子电池。在实验室中,IWS已经可以每分钟涂覆数米的电极箔,展示了该技术可转化成量产工艺的潜力。

             

            湿化学法的局限性

             

            目前为止,大多数电池生产商都通过复杂的湿化学工艺给电池电极涂覆涂层。首先,他们会将活性物质(作用是释放电池存储的能量)与添加剂混合,制成糊状。在该过程中,添加的有机溶剂非常昂贵而且通常有毒。一旦糊状物涂覆在薄金属箔上,一个更昂贵的工艺步骤就开始了:要将几十米长的金属箔上的涂膜烘干,然后再进行进一步加工,而干燥过程会产生昂贵的用电成本。

             

            将分子结合形成蛛网

             

            另一方面,干燥转移涂层工艺技术在操作上不会有破坏生态且价格昂贵的工艺步骤,IWS工程师将活性材料与结合性聚合物混合,再在一个叫做砑光机的轧机上加工此干燥混合物。该体系中的剪切力会将整个分子链从粘合剂聚合物中撕裂出来,撕裂出来的纤维丝与电极颗粒结合,就像蜘蛛网一样,从而会让电极材料具有稳定性,并形成一个灵活的干燥电极材料层。接下来, 砑光机直接将100微米厚的薄膜层压在铝箔上,从而生产出电池电极。

             

            通往固态防火电池之路

             

            Benjamin Schumm表示:如此一来,我们能够加工新一代电池的材料,此类材料可能无法使用传统工艺加工。例如,使用硫作为活性材料的储能系统,或是使用离子导电固体而不是易燃液体电解质的固态电池。IWS科学家表示,此类电池与现在的锂离子电池相比,在相同的体积下,能够存储更多能量。但是,此类固态电解质在与溶剂接触时会失去其功能性特征。无溶剂的涂层工艺明显更适合生产此类储能介质,在处理固态电池电解质的过程中,研究人员通过使用粘合剂含量极低的干膜技术,达到了重要的里程碑。

             

            该工艺也可替代传统的涂覆糊状物的工艺

             

            目前,工程师们旨在通过与工业合作伙伴合作,增强技术,达到突破。例如,研究人员还在与SaueressigINDEVNetzsch TrockenmahltechnikBroad-Bit Batteries等公司合作,以进一步研发干燥转移涂层工艺。Benjamin Schumm表示,长期来看,该工艺具备极大地潜力,可替代传统的基于糊状物的电极生产工艺。