為電動汽車提供動力的鋰離子電池是清潔能源經濟的關鍵，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。這種生產方法不僅昂貴，還會帶來健康和環境風險。

 

       據外媒報道，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美國的氣候目標。相關研究已發表于期刊《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和行業合作伙伴Navitas Systems探討了干法工藝如何影響電池材料的結構及其電化學性能。當鋰離子在陰極和陽極的電極之間移動時，電池產生能量。 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。通過關注某些材料或混合方法，該策略可以應用于陽極和陰極。

 

       Navitas公司制造出電極后，ORNL研究人員在Jianlin Li和Runming Tao的帶領下，測量它們在不同條件下、不同時間范圍內的電化學性能。ORNL團隊對干法電極如何降解有了新的認識。

 

      研究結果顯示，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。研究人員發現，干法電池“在化學上非常理想”，因為它們的結構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。即使在循環后，它也不會出現裂縫。”這兩個優點體現了高能量密度和良好的長期循環性能。該電極可以很好地彎曲，表現出優異的機械強度和量產電池所需的卷繞能力。

 

       干法工藝與當前最先進的電極制造設備高度兼容，可以為制造商和美國供應鏈帶來多種益處，同時減少環境影響，使電池工廠適用于更多地方。

 

       研究的下一步是穩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是開發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境不是很穩定。”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電性，但會降低其能量密度。

 

       ORNL和Navitas研究人員將繼續改進該工藝以提高電化學性能。目標是平衡較厚電極的優點和缺點，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）。