如何有效降低生產(chǎn)制造成本成為后補貼時代困擾眾多電池廠的難題,而最近,一種水性處理的電池制造及回收技術(shù)的出現(xiàn)給動力電池行業(yè)帶來了一種新的可能。

前不久,GRST公司宣稱開發(fā)了一項水性制造及回收電池技術(shù)WATMAR3,利用該項專利技術(shù),GRST研發(fā)出全球第一枚真正意義上的綠色環(huán)保鋰電池“ebatte”,這種電池在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)有哪些不同,相比于傳統(tǒng)工藝制造的電池又有哪些優(yōu)勢?OFweek鋰電網(wǎng)應(yīng)邀前往該公司位于順德的工廠一探究竟。

不含NMP的水性處理涂覆漿料是GRST的核心技術(shù)

水性處理技術(shù)何以做到真綠色環(huán)保?

一般意義上,鋰電池相比于上一代鉛酸電池來說,是一種“無污染”的電池,因為鋰電池不含有廣受詬病的鉛、鎘等偏污染性的重金屬。然而,除了“鋰”以外,鋰電池中仍然有鎳、鈷、錳等重金屬,其電解液中,含氟有機物也存在污染的可能。特別是電池報廢以后,在回收、拆解、處理過程中操作不當,還是可能會有起火爆炸、重金屬污染、有機物廢氣排放等多種問題。

那么,GRST是如何讓鋰電池真正做到綠色環(huán)保無污染的呢?

“為了讓鋰電池實現(xiàn)真正意義上的綠色環(huán)保,GRST在制造和回收處理兩個環(huán)節(jié)上對傳統(tǒng)的工藝進行探索改進,終于實現(xiàn)了這一目標。”GRST公司總經(jīng)理盧志德在接收OFweek鋰電網(wǎng)采訪時表示,這項關(guān)鍵技術(shù)就是水性處理技術(shù)。

事實上,WATMAR3的水性環(huán)保工藝,是在電池生產(chǎn)過程之中,完全使用水對材料進行一個加工處理,最終達到環(huán)保的效果。

“GRST在整個鋰電池的生產(chǎn)制造過程中不使用傳統(tǒng)的工藝中所用的有機溶劑,即所謂的NMP體系,配合含氟的聚合物PVDF。”GRST技術(shù)總監(jiān)王然石介紹,在傳統(tǒng)工藝中,水性生產(chǎn)主要用于負極材料,GRST是第一家實現(xiàn)正負極材料都使用水性工藝來生產(chǎn)的廠家。

值得注意的是,GAST不僅在制造的過程中使用水作為黏結(jié)劑,在廢棄電池的回收過程中也使用了水作為溶解劑。OFweek鋰電網(wǎng)在現(xiàn)場觀察到,舊電池的金屬部分通過水流分離裝置后,裝置內(nèi)原本澄澈的水變成了渾濁的黑色,再通過一系列的物理處理程序后,水重新變得澄澈,并分解出了黑色塊狀物(可再利用材料)。

“完美的環(huán)保體現(xiàn)是為了適應(yīng)整個社會對制造業(yè)新的要求。”盧志德指出,很多企業(yè)因為環(huán)保不達標而被迫退出或改行,這些遇到環(huán)保問題的電池廠對GAST的這種綠色無污染的水性電池制造技術(shù)很有興趣。

目前,GRST水性制造及回收電池技術(shù)WATMAR3已經(jīng)成熟,可以大批量生產(chǎn)應(yīng)用。同時,WATMAR3已經(jīng)在美國、中國大陸、地區(qū)以及澳洲等地提交了電池生產(chǎn)、回收、安全等方面的99項專利申請。

獨樹一幟水性電池回收技術(shù)

當然,僅僅在鋰電池的生產(chǎn)制造過程中做到綠色環(huán)保還不夠,那么能在電池回收處理的過程中還能將環(huán)保進行到底,就算是能真正形成環(huán)保制造的閉環(huán)了。

相比于傳統(tǒng)的濕法冶金、火法冶金電池回收技術(shù),GRST電池回收技術(shù)以水作為舊電池的分離介質(zhì),其回收處理的工藝也完全環(huán)保化。這種水性處理方式還能以簡單、無害且具有經(jīng)濟效益的方法回收高價值的材料;同時,僅需要1/4回收工藝成本、1/8二氧化碳排放水平,實現(xiàn)140%回收材料價值,回收規(guī)模的大小不會影響效率,可應(yīng)用于小城鎮(zhèn)中。

王然石表示:“通過公司的綠色回收技術(shù)WATMAR3,可有效回收99%以上的金屬和95%用于生產(chǎn)鋰電池的有價值電極材料;循環(huán)再生的正極材料與同類新材料相比,可恢復(fù)達99%的性能,通過WATMAR3電池制造技術(shù)再重新應(yīng)用于生產(chǎn)鋰電池。”

WATMAR3是電池生產(chǎn)技術(shù)和的回收的結(jié)合,通過該閉環(huán)式獨立可持續(xù)的電池制造和回收解決方案,可以有助于減少廢物堆填、節(jié)省能源和金屬等原材料、減少二氧化碳及其他有害氣體的排放,以及降低對鋰礦開采的需求。

低成本、低功耗如何實現(xiàn)?

如果僅僅做到綠色環(huán)保還不足以對當前的動力電池行業(yè)帶來沖擊,在競爭愈發(fā)激烈的形勢下,電池廠考慮得更多的是如何活下來。而有效降低成本的方案也是其最為關(guān)心的部分。

對于現(xiàn)有的以有機溶劑工藝為主的電池廠商來說,采用水性制造體系就意味著他們要調(diào)整現(xiàn)有的設(shè)備和物料采購體系,而GRST水性電池制造技術(shù)的另一大亮點在于可以有效的幫助電池廠降低生產(chǎn)成本。

在固定資產(chǎn)支出方面,相比于傳統(tǒng)電池生產(chǎn)制造,GRST可以減少70-90%干燥房/濕度控制區(qū)域,節(jié)省15%-30%固定資產(chǎn)投入;而在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié),可以降低6%-8%成本,并且降低40%-50%生產(chǎn)能耗。

“即使我們的合作伙伴選擇從頭開始并更換所有設(shè)備,我們發(fā)現(xiàn)這與傳統(tǒng)制造生產(chǎn)技術(shù)相比,他們?nèi)匀荒芄?jié)省可達30%的設(shè)備成本。”王然石表示,如果把這種改變的成本放在整個制造體系中去看,WATMAR3還是具有明顯的成本優(yōu)勢。

水性制造工藝鑄就優(yōu)良品質(zhì)

除了環(huán)保性和經(jīng)濟性,電池性能的優(yōu)異也顯得至關(guān)重要。在過去幾年,EAST用水性方案生產(chǎn)的ebatte進行了很多不同的認證測試,通過了車規(guī)級動力電池強檢安全測試,船規(guī)級安全測試,南非和歐盟的礦用產(chǎn)品電池的認證,以及在移動設(shè)備的消費電子產(chǎn)品安全測試。

根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域,GRST電池的預(yù)期壽命范圍達3000-5000次循環(huán)。對于儲能系統(tǒng)(ESS),循環(huán)5000次后容量保持率>80%;對于電動汽車,循環(huán)3000次以后容量保持率>80%;對于消費類電池產(chǎn)品和電動工具,循環(huán)1000-1500次后容量保持率>80%。

在溫度適應(yīng)性方面,GRST生產(chǎn)制造出的電池在高低溫環(huán)境下也可以自如進行充電/放電,在-30℃(0.1C)環(huán)境下,容量保持>80%;在-40℃(0.1C)環(huán)境下,容量保持>45%;在50℃條件下7天標準循環(huán)測試后,容量保持>99.8%,擁有較高的電池溫度適應(yīng)性。

為了應(yīng)對現(xiàn)有電動汽車需求,GRST還為動力電池設(shè)計了快速充電和高倍率放電性能。在標準電壓情況下,GRST電池可在10分鐘內(nèi)充入80%容量,6分鐘以內(nèi)可以放出80%容量;最高充電率5C,最高放電率10(15)C。

除此外,GRST還通過材料改造和結(jié)構(gòu)設(shè)計,大大提高了電池的安全性。在針刺測試中,GRST鋰電池完全保持穩(wěn)定,而同材料體系下,傳統(tǒng)電池發(fā)生冒煙起火現(xiàn)象。而GRST針對礦用產(chǎn)品所開發(fā)的高容量軟包電池,可以完全通過10V過充的苛刻要求,僅出現(xiàn)鼓包情況,表面溫度低于150?C,而同材料體系下,傳統(tǒng)電池發(fā)生冒煙起火現(xiàn)象。

截止目前，GRST的ebatte電池已經(jīng)有小批量的生產(chǎn)和供貨,已經(jīng)應(yīng)用在光伏直流電器儲能和礦用照明產(chǎn)品(煤礦安全認證門檻很高)的導(dǎo)入期試用。在產(chǎn)品上,主要是三元鋰電池,但該工藝也同時適用于高安全性、低溫要求的錳酸鋰體系,以及特定領(lǐng)域的磷酸鐵鋰電池。而順德工廠做為基地,主要用來進行電池生產(chǎn)過程的演示、測試,以及回收驗證。