如何制造更好的電池陰極
時間:2021-12-22 09:58來源:中國化學與物理電源行業協會 作者:綜合報道
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伍斯特理工學院（Worcester Polytechnic Institute）研究人員Yan Wang發現回收的陰極材料性能優于那些由原始材料制成的陰極材料性能。
在第26屆聯合國氣候變化大會上（COP26），戴姆勒，福特和大眾以及中國比亞迪承諾到2035年只生產電動汽車。技術進步使這成為一個現實的前景，但獲得如此多電動汽車所需原材料的能力仍然令人懷疑。
正如電池回收Redwood Materials公司制定的計劃，通過回收廢舊電池并將這些材料作為循環經濟的一部分進行再利用，或許可以緩解供應的局勢。但是當制作新電池的時候，回收的材料可以達到與原材料一樣的效果嗎？
伍斯特理工學院Yan Wang教授在他的論文“回收的陰極材料使鋰離子電池具有優異的性能”中提出上述問題。論文題目透露出Yan Wang教授的發現，事實上，回收的材料在制作電池陰極時更勝于原始材料陰極。
Yan Wang教授說：“隨著鋰離子電池的需求日漸增加，從使用過的電池中回收材料是非常重要的，特別是電動汽車上的電池。電池制造商想了解回收的陰極材料是否并不亞于新陰極材料。這項研究表明回收材料在電化學方面與一級供應商提供的原始、最先進的陰極材料相媲美或超越。”
Wang與萬向公司（A123 Systems）、Battery Resourcers、阿公國家實驗室（Argonne National Laboratory）、萊斯大學（Rice University）、布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）和美國先進電池聯盟（USABC）共同合作完成該論文。
我們打電話與Wang教授聊天中，了解他的發現。
伍斯特理工學院研究員Yan Wang在他的實驗室。
為什么電池的回收材料如此重要？
Yan Wang：首先，回收利用廢舊電池的有毒成分可以減少對環境的污染。第二，由于道德問題和開采難度，原材料非常有限。隨著電動汽車的快速發展，需求將很快超過供應速度。因此，為了保護環境、減少鋰離子電池成本、緩解供應鏈壓力，回收電池材料是非常重要的一步。
使用回收材料的潛在成本效益是什么？
Yan Wang: 根據一些預測，節省的成本可以達到由原材料制成的陰極材料成本的43%，使鋰離子電池成本下降。
回收材料過程是否遇到困難？您是如何克服這些障礙的？
Yan Wang: 主要的困難是陰極材料的分類和再生。如我們所知，市場中的鋰離子電池種類有很多。基于一些機密性，制造商不會在電池上貼標簽注明，由于廢舊電池的材料不同，可能會引入雜質。
我們的團隊使用粉碎過程來避免分類步驟。然后，我們通過調整酸堿度來去除雜質。另一個困難是因為回收的溶液比原始材料的溶液更復雜。
經過一系列的處理以后，回收溶液比未經處理溶液含有更多的離子。因此，對于怎么利用回收生產好的陰極材料是一個巨大的挑戰。我們做了很多試驗來獲得回收溶液的最佳參數。
對于大量工業用途來說，這個過程合適嗎？
Yan Wang:自從我們開發了回收流程，可擴展性也在我們的思考范圍內。事實上，伍斯特理工學院旗下的Battery Resources公司正在商業化。
使用回收的陰極材料制成的電池性能v.s使用未經處理材料的材料制成的電池性能
Yan Wang: 在報告中發現，回收的鎳錳鈷氧化物（NMC111）具有回收材料的最佳循環壽命，能夠在80%和70%的容量保持率下進行4200次循環和11600次循環，比最先進的商用NMC111分別高出超出33%和53%。同時，在5C放電倍率下，NMC111比市面上其他的高出88.6%。
造成差異的原因是什么？優化這一機制可以獲得什么更大收益的機會呢？
Yan Wang: 回收材料具有更大表面積、累積孔體積和更大內部空隙的優化微觀結構，這提供了更高的鋰化學擴散系數并減輕了循環過程中的應變，這導致更少的相變并有利于優異的性能。這種優化應該得益于復雜的循環溶液，它含有更多的其他離子。
中國化學與物理電源行業協會 楊柳翻譯
2021.12.1
(責任編輯：子蕊)
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