全球能源轉(zhuǎn)型中，鋰離子電池作為清潔儲(chǔ)能的主力，其生產(chǎn)過程的環(huán)保性變得尤為重要。干法電極加工技術(shù)，作為一種新興的無溶劑電極制造方法，正在成為鋰離子電池行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。美能光子灣，作為精密測試設(shè)備領(lǐng)域的佼佼者，我們不僅為電池材料的微觀結(jié)構(gòu)提供了精準(zhǔn)的測量，還為電極制造過程中的質(zhì)量控制和工藝優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

目前，鋰離子電池被公認(rèn)為環(huán)保的儲(chǔ)能解決方案，但其在推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展方面的潛力尚未得到充分實(shí)現(xiàn)。這主要是因?yàn)樵陔姌O制造的初始階段，存在有毒和揮發(fā)性溶劑污染(N methyl pyrrolidine NMP)的持續(xù)問題。電池研究越來越集中于電極材料的開發(fā)，這反映了對鋰離子電池生產(chǎn)的日益重視。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，許多電池研究人員和制造商正在積極努力，以消除在電極制造過程中對溶劑的使用。

鋰離子電池電極內(nèi)主要的三種成分示意圖

Part.01

傳統(tǒng)濕法工藝加工電極的缺點(diǎn)

傳統(tǒng)的濕法電極加工是鋰離子電池生產(chǎn)中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其特點(diǎn)是能夠確保均勻性、可擴(kuò)展性和質(zhì)量。該過程涉及將包括活性材料和導(dǎo)電添加劑的漿料混合物均勻地涂覆到集流體上，使用溶劑如NMP，對于實(shí)現(xiàn)均勻的混合物至關(guān)重要。這種均勻性對于電池單元的電化學(xué)性能一致性至關(guān)重要。該過程設(shè)計(jì)用于高可擴(kuò)展性，允許擴(kuò)大生產(chǎn)以滿足大規(guī)模商業(yè)需求。然而，濕法電極加工工藝也面臨許多缺點(diǎn)和挑戰(zhàn)。

• 電極涂層厚度難以達(dá)標(biāo)

• 孔隙率升高并且不受控制

• 與硫化物基全固態(tài)電池ASSBs不相容

• 與其他電解質(zhì)和電極材料結(jié)合產(chǎn)生高界面電阻

• 高成本制造

• NMP有害揮發(fā)對環(huán)境造成破壞

• 長時(shí)間干燥、溶劑蒸發(fā)和回收導(dǎo)致高能耗

Part.02

鋰離子電池的干法電極加工

克服上述挑戰(zhàn)最有前景的技術(shù)之一是干法電極加工。干法電極加工是一種用于鋰離子電池的制造技術(shù)，它消除了對溶劑(如NMP)的使用。這種方法繞過了傳統(tǒng)的濕漿涂覆工藝，采用無溶劑的方法來制造電極，從而省去了大量的干燥環(huán)節(jié)。

由于干法電極加工在制造高負(fù)載電極方面具有以下這些優(yōu)勢，它成為鋰離子電池電極生產(chǎn)的新方法。

• 減少電極孔隙率，增強(qiáng)壓實(shí)密度

• 殘留溶劑和加工助劑減少

• 增強(qiáng)電極機(jī)械載荷強(qiáng)度

• 成本降低

• 能源消耗減排

電池生產(chǎn)中采用干電極加工的益處

Part.03

干法電極和濕法電極各性能比較分析

放電速率性能

下圖為干法和濕法的NMC111/石墨之間的放電速率性能比較。放電率測試結(jié)果顯示，在優(yōu)化的高能量密度電極結(jié)構(gòu)中，干法電極的功率輸出優(yōu)于濕法電極。（電極負(fù)載設(shè)定為5mAh/cm2。充電截止電壓為4.2V，放電截止電壓為2.8V。）

干法和濕法電極的放電速率比較

放電容量和容量保持率

通過干法制成的NMC電極的循環(huán)性能優(yōu)于傳統(tǒng)漿料涂覆制成的電極，無論負(fù)載高低，均顯示出一致的穩(wěn)定性和改善的容量保持能力。

通過干法和濕法制成的NMC陰極的放電容量和容量保持率曲線

循環(huán)穩(wěn)定性

通過對干法和傳統(tǒng)LCO電極的循環(huán)性能和倍率的比較，可以得出結(jié)論，與傳統(tǒng)LCO電極相比，干法LCO電極具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

干法和傳統(tǒng)LCO電極的循環(huán)性能（左）和倍率性能（右）比較

干法電極加工技術(shù)以其在放電速率、容量保持和循環(huán)穩(wěn)定性方面的卓越表現(xiàn)，證明了其在提升鋰離子電池性能方面的潛力。隨著這一技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，我們有望見證鋰離子電池在環(huán)保和高效儲(chǔ)能方面的雙重飛躍。美能光子灣，作為技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)者，將繼續(xù)引領(lǐng)行業(yè)向更綠色、更高效的未來邁進(jìn)。*特別聲明：本公眾號(hào)所發(fā)布的原創(chuàng)及轉(zhuǎn)載文章，僅用于學(xué)術(shù)分享和傳遞行業(yè)相關(guān)信息。未經(jīng)授權(quán)，不得抄襲、篡改、引用、轉(zhuǎn)載等侵犯本公眾號(hào)相關(guān)權(quán)益的行為。內(nèi)容僅供參考，如涉及版權(quán)問題，敬請聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間核實(shí)并處理。