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德國科學(xué)家研發(fā)新型電極生產(chǎn)工藝 或可生產(chǎn)固態(tài)防火電池
時(shí)間:2019-06-28 09:29來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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據(jù)外媒報(bào)道，德國德累斯頓弗勞恩霍夫材料與射線研究所（Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS）研究人員研發(fā)了一種新型生產(chǎn)工藝，可在未來實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保電池的生產(chǎn)。研究人員給儲(chǔ)能電池的電極涂上了一層干膜，而不是液體化學(xué)物質(zhì)，該過程可節(jié)省能源，消除有毒溶劑。目前，芬蘭一家公司正在測試該項(xiàng)新技術(shù)。
目前，對更好、更經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)能生產(chǎn)方式的需求正不斷上漲，特別是在德國，所有主流汽車制造商都推出了雄心勃勃的電動(dòng)汽車計(jì)劃，也將導(dǎo)致電池的需求大幅上漲。目前為止，德國公司都一直從亞洲購買電池，原因在于：首先，亞洲科技集團(tuán)在量產(chǎn)電池方面擁有多年經(jīng)驗(yàn)；另一方面，德國等地電價(jià)很高，因而生產(chǎn)電池的成本很高。
不再具有有毒溶劑 – 電力成本更低
這正是弗勞霍恩夫研究人員想要改變的事實(shí)：“我們的干燥轉(zhuǎn)移涂層工藝（dry transfer coating process）旨在顯著降低電極涂層的工藝成本。” Benjamin Schumm博士表示：“電池制造商不再需要有毒且昂貴的溶劑，并且干燥涂層工藝還節(jié)省了能源成本。此外，我們的技術(shù)還促進(jìn)了電極材料的使用，此類材料很難甚至不可能用濕化學(xué)法進(jìn)行處理，但是此類材料卻是未來生產(chǎn)更高能量密度電池所必須的。”
芬蘭的試驗(yàn)工廠正式投產(chǎn)
芬蘭電池公司BroadBit Batteries正與IWS合作，在其艾斯波工廠啟動(dòng)了試點(diǎn)工廠，該工廠使用干電極材料而不是濕的糊狀物覆蓋電極。BroadBit公司正采用該工藝生產(chǎn)新型鈉離子電池。在實(shí)驗(yàn)室中，IWS已經(jīng)可以每分鐘涂覆數(shù)米的電極箔，展示了該技術(shù)可轉(zhuǎn)化成量產(chǎn)工藝的潛力。
濕化學(xué)法的局限性
目前為止，大多數(shù)電池生產(chǎn)商都通過復(fù)雜的濕化學(xué)工藝給電池電極涂覆涂層。首先，他們會(huì)將活性物質(zhì)（作用是釋放電池存儲(chǔ)的能量）與添加劑混合，制成糊狀。在該過程中，添加的有機(jī)溶劑非常昂貴而且通常有毒。一旦糊狀物涂覆在薄金屬箔上，一個(gè)更昂貴的工藝步驟就開始了：要將幾十米長的金屬箔上的涂膜烘干，然后再進(jìn)行進(jìn)一步加工，而干燥過程會(huì)產(chǎn)生昂貴的用電成本。
將分子結(jié)合形成蛛網(wǎng)
另一方面，干燥轉(zhuǎn)移涂層工藝技術(shù)在操作上不會(huì)有破壞生態(tài)且價(jià)格昂貴的工藝步驟，IWS工程師將活性材料與結(jié)合性聚合物混合，再在一個(gè)叫做“ 砑光機(jī)”的軋機(jī)上加工此干燥混合物。該體系中的剪切力會(huì)將整個(gè)分子鏈從粘合劑聚合物中撕裂出來，撕裂出來的“纖維絲”與電極顆粒結(jié)合，就像蜘蛛網(wǎng)一樣，從而會(huì)讓電極材料具有穩(wěn)定性，并形成一個(gè)靈活的干燥電極材料層。接下來， 砑光機(jī)直接將100微米厚的薄膜層壓在鋁箔上，從而生產(chǎn)出電池電極。
通往固態(tài)防火電池之路
Benjamin Schumm表示：“如此一來，我們能夠加工新一代電池的材料，此類材料可能無法使用傳統(tǒng)工藝加工。”例如，使用硫作為活性材料的儲(chǔ)能系統(tǒng)，或是使用離子導(dǎo)電固體而不是易燃液體電解質(zhì)的固態(tài)電池。IWS科學(xué)家表示，此類電池與現(xiàn)在的鋰離子電池相比，在相同的體積下，能夠存儲(chǔ)更多能量。但是，此類固態(tài)電解質(zhì)在與溶劑接觸時(shí)會(huì)失去其功能性特征。無溶劑的涂層工藝明顯更適合生產(chǎn)此類儲(chǔ)能介質(zhì)，在處理固態(tài)電池電解質(zhì)的過程中，研究人員通過使用粘合劑含量極低的干膜技術(shù)，達(dá)到了重要的里程碑。
該工藝也可替代傳統(tǒng)的涂覆糊狀物的工藝
目前，工程師們旨在通過與工業(yè)合作伙伴合作，增強(qiáng)技術(shù)，達(dá)到突破。例如，研究人員還在與Saueressig、INDEV、Netzsch Trockenmahltechnik和Broad-Bit Batteries等公司合作，以進(jìn)一步研發(fā)干燥轉(zhuǎn)移涂層工藝。Benjamin Schumm表示，長期來看，該工藝具備極大地潛力，可替代傳統(tǒng)的基于糊狀物的電極生產(chǎn)工藝。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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