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德國科學(xué)家研發(fā)新型電極生產(chǎn)工藝 或可生產(chǎn)固態(tài)防火電池

時間:2019-06-28 09:29來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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    據(jù)外媒報道，德國德累斯頓弗勞恩霍夫材料與射線研究所（Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS）研究人員研發(fā)了一種新型生產(chǎn)工藝，可在未來實現(xiàn)高效、環(huán)保電池的生產(chǎn)。研究人員給儲能電池的電極涂上了一層干膜，而不是液體化學(xué)物質(zhì)，該過程可節(jié)省能源，消除有毒溶劑。目前，芬蘭一家公司正在測試該項新技術(shù)。
 
       目前，對更好、更經(jīng)濟的儲能生產(chǎn)方式的需求正不斷上漲，特別是在德國，所有主流汽車制造商都推出了雄心勃勃的電動汽車計劃，也將導(dǎo)致電池的需求大幅上漲。目前為止，德國公司都一直從亞洲購買電池，原因在于：首先，亞洲科技集團在量產(chǎn)電池方面擁有多年經(jīng)驗；另一方面，德國等地電價很高，因而生產(chǎn)電池的成本很高。
 
       不再具有有毒溶劑 – 電力成本更低
 
       這正是弗勞霍恩夫研究人員想要改變的事實：“我們的干燥轉(zhuǎn)移涂層工藝（dry transfer coating process）旨在顯著降低電極涂層的工藝成本。” Benjamin Schumm博士表示：“電池制造商不再需要有毒且昂貴的溶劑，并且干燥涂層工藝還節(jié)省了能源成本。此外，我們的技術(shù)還促進了電極材料的使用，此類材料很難甚至不可能用濕化學(xué)法進行處理，但是此類材料卻是未來生產(chǎn)更高能量密度電池所必須的。”
 
       芬蘭的試驗工廠正式投產(chǎn)
 
       芬蘭電池公司BroadBit Batteries正與IWS合作，在其艾斯波工廠啟動了試點工廠，該工廠使用干電極材料而不是濕的糊狀物覆蓋電極。BroadBit公司正采用該工藝生產(chǎn)新型鈉離子電池。在實驗室中，IWS已經(jīng)可以每分鐘涂覆數(shù)米的電極箔，展示了該技術(shù)可轉(zhuǎn)化成量產(chǎn)工藝的潛力。
 
       濕化學(xué)法的局限性
 
       目前為止，大多數(shù)電池生產(chǎn)商都通過復(fù)雜的濕化學(xué)工藝給電池電極涂覆涂層。首先，他們會將活性物質(zhì)（作用是釋放電池存儲的能量）與添加劑混合，制成糊狀。在該過程中，添加的有機溶劑非常昂貴而且通常有毒。一旦糊狀物涂覆在薄金屬箔上，一個更昂貴的工藝步驟就開始了：要將幾十米長的金屬箔上的涂膜烘干，然后再進行進一步加工，而干燥過程會產(chǎn)生昂貴的用電成本。
 
       將分子結(jié)合形成蛛網(wǎng)
 
       另一方面，干燥轉(zhuǎn)移涂層工藝技術(shù)在操作上不會有破壞生態(tài)且價格昂貴的工藝步驟，IWS工程師將活性材料與結(jié)合性聚合物混合，再在一個叫做“ 砑光機”的軋機上加工此干燥混合物。該體系中的剪切力會將整個分子鏈從粘合劑聚合物中撕裂出來，撕裂出來的“纖維絲”與電極顆粒結(jié)合，就像蜘蛛網(wǎng)一樣，從而會讓電極材料具有穩(wěn)定性，并形成一個靈活的干燥電極材料層。接下來， 砑光機直接將100微米厚的薄膜層壓在鋁箔上，從而生產(chǎn)出電池電極。
 
       通往固態(tài)防火電池之路
 
       Benjamin Schumm表示：“如此一來，我們能夠加工新一代電池的材料，此類材料可能無法使用傳統(tǒng)工藝加工。”例如，使用硫作為活性材料的儲能系統(tǒng)，或是使用離子導(dǎo)電固體而不是易燃液體電解質(zhì)的固態(tài)電池。IWS科學(xué)家表示，此類電池與現(xiàn)在的鋰離子電池相比，在相同的體積下，能夠存儲更多能量。但是，此類固態(tài)電解質(zhì)在與溶劑接觸時會失去其功能性特征。無溶劑的涂層工藝明顯更適合生產(chǎn)此類儲能介質(zhì)，在處理固態(tài)電池電解質(zhì)的過程中，研究人員通過使用粘合劑含量極低的干膜技術(shù)，達到了重要的里程碑。
 
       該工藝也可替代傳統(tǒng)的涂覆糊狀物的工藝
 
       目前，工程師們旨在通過與工業(yè)合作伙伴合作，增強技術(shù)，達到突破。例如，研究人員還在與Saueressig、INDEV、Netzsch Trockenmahltechnik和Broad-Bit Batteries等公司合作，以進一步研發(fā)干燥轉(zhuǎn)移涂層工藝。Benjamin Schumm表示，長期來看，該工藝具備極大地潛力，可替代傳統(tǒng)的基于糊狀物的電極生產(chǎn)工藝。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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