如何制造更好的電池陰極

時間:2021-12-22 09:58來源:中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會 作者:綜合報道
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       伍斯特理工學(xué)院（Worcester Polytechnic Institute）研究人員Yan Wang發(fā)現(xiàn)回收的陰極材料性能優(yōu)于那些由原始材料制成的陰極材料性能。
 
       在第26屆聯(lián)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(chǎn)電動汽車。技術(shù)進步使這成為一個現(xiàn)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(huán)經(jīng)濟的一部分進行再利用，或許可以緩解供應(yīng)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(xué)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(yōu)異的性能”中提出上述問題。論文題目透露出Yan Wang教授的發(fā)現(xiàn)，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(xué)方面與一級供應(yīng)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(xué)（Rice University）、布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）和美國先進電池聯(lián)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(fā)現(xiàn)。 
伍斯特理工學(xué)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(huán)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(fā)展，需求將很快超過供應(yīng)速度。因此，為了保護環(huán)境、減少鋰離子電池成本、緩解供應(yīng)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(jù)一些預(yù)測，節(jié)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(zhì)。
 
       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(diào)整酸堿度來去除雜質(zhì)。另一個困難是因為回收的溶液比原始材料的溶液更復(fù)雜。
 
       經(jīng)過一系列的處理以后，回收溶液比未經(jīng)處理溶液含有更多的離子。因此，對于怎么利用回收生產(chǎn)好的陰極材料是一個巨大的挑戰(zhàn)。我們做了很多試驗來獲得回收溶液的最佳參數(shù)。
 
       對于大量工業(yè)用途來說，這個過程合適嗎？
 
       Yan Wang:自從我們開發(fā)了回收流程，可擴展性也在我們的思考范圍內(nèi)。事實上，伍斯特理工學(xué)院旗下的Battery Resources公司正在商業(yè)化。
 
       使用回收的陰極材料制成的電池性能v.s使用未經(jīng)處理材料的材料制成的電池性能
 
       Yan Wang: 在報告中發(fā)現(xiàn)，回收的鎳錳鈷氧化物（NMC111）具有回收材料的最佳循環(huán)壽命，能夠在80%和70%的容量保持率下進行4200次循環(huán)和11600次循環(huán)，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(yōu)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(nèi)部空隙的優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)，這提供了更高的鋰化學(xué)擴散系數(shù)并減輕了循環(huán)過程中的應(yīng)變，這導(dǎo)致更少的相變并有利于優(yōu)異的性能。這種優(yōu)化應(yīng)該得益于復(fù)雜的循環(huán)溶液，它含有更多的其他離子。
 
 
中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會 楊柳翻譯
 
2021.12.1
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標簽： 電池 電池陰極
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