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新型干式涂層工藝可以改變電池電極的制造,不僅環保效益還高

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年12月21日  

制造電池電極的傳統工藝不僅要用到有毒溶劑,還需要大量的空間和能源。DRYtraec能突破這些瓶頸,這是一種由弗勞恩霍夫材料與梁技術研究所IWS開發的新型干式涂層工藝。該技術對環境友好且具有成本效益,可以大規模使用,有可能徹底改變電池電極的制造。


聯邦經濟事務和能源部(BMWi)預測,到2030年,德國將消耗約655太瓦時,比現在增加近20%。PrognosAG代表該部進行了相應的研究。很明顯,社會的整體能源需求在不斷增加。因此,快速增長的電動汽車行業正在尋找新的方法來減少制造電池所需的能源,從而將它們設計得盡可能具有成本效益和環保性。


DRYtraec是一種很有前景的解決方案,由德累斯頓FraunhoferIWS的跨學科研究團隊開發,該團隊專注于電池電極的生產。


作為任何電池的關鍵部件,電極通常由帶有薄涂層的金屬箔組成。該涂層包含負責儲存能量的活性成分。FraunhoferIWS化學涂層技術組經理BenjaminSchumm博士解釋說:“傳統的涂層工藝使用濕化學方法,該方法應用所謂的漿料。將活性材料、導電碳和粘合劑分散在溶劑中制成一種糊狀物,首先將其涂在金屬箔上以形成濕涂層。需要具有很長干燥軌跡的超大型機器,以確保溶劑隨后蒸發。使用DRYtraec,我們可以更有效地設計此過程。”


新的涂層工藝基本上使用與漿料工藝相似的原材料。FraunhoferIWS開發的干式涂層技術無需溶劑,而是使用特殊粘合劑。這些材料一起形成了一種干燥的混合物,該混合物被送入壓延機間隙-兩個以相反方向旋轉的輥之間的間隙。關鍵的細節是其中一個滾輪必須比另一個轉得更快。這會產生剪切力,確保粘合劑形成稱為原纖維的線狀網絡。


“把它想象成一個機械嵌入粒子的蜘蛛網,”舒姆說。壓力和運動在快速旋轉的滾筒上形成一層精細的薄膜。然后將該薄膜在第二個壓延間隙中轉移到集電器箔上。這允許在沒有大量額外工作的情況下同時涂覆兩面。在最后一步,將得到的線圈切割成所需的尺寸,并根據需要堆疊各個部件,以生產成品電池。


成功歸功于化學和制造工程方面的綜合專業知識


因此,與現有的電池電極涂層工藝相比,DRYtraec具有明顯的生態和經濟優勢。從該過程中去除有毒溶劑和耗能長的干燥機有利于環境。新工藝還加快了生產速度,僅需傳統解決方案三分之一的設備空間,從多方面節約成本。在Schumm看來,DRYtraec過程的成功主要來自FraunhoferIWS研究團隊的專業知識多樣性。具有化學背景的同事研究了最佳粉末混合物,但例如制造工程方面的專家開發了防止干膜自支撐的設備,以確保其保持穩定。


廣泛的可能應用


第一個原型DRYtraec系統作為“DryProTex”資助項目的一部分進行了調試。該項目表明,無論電池類型如何,都可以連續制造電極:“該技術的可能用途范圍不限于特定的電池化學,”舒姆指出。“它可以同樣用于鋰離子電池和鋰硫或鈉離子電池。我們甚至正在研究固態電池。這些在未來將變得越來越重要,但這些材料不能耐受濕化學處理。因此,DRYtraec使我們能夠為這個問題提供一個非常有前途的解決方案。”


業界對這個過程表現出極大的興趣。目前正在與多家汽車和電池制造商討論計劃建設多個試點系統。除了使用DRYtraec制造電極之外,FraunhoferIWS的研究人員還參與了許多其他研究項目,以檢查整個電池開發過程鏈。通過這樣做,他們在塑造電池的未來方面發揮著關鍵作用。


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