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当前,纯电动汽车大规模产业化仍然面临着“充电焦虑”、“里程焦虑”和进一步降低成本的问题。其中,如何大幅提高锂离子电池的倍率性能和能量密度最受科研人员的关注。电极作为锂离子电池的主要组成部分,深刻影响着储能装置的性能。
传统锂离子电池采用湿法浆料涂覆工艺制造电极,存在以下缺点。
(1)能源浪费:2017年,Karl-Heinz Pettinger统计得到每年生产100万个锂离子电池 (20.5Ah,3.7V) 的产线,湿法涂敷和随后的干燥过程需要的能源消耗约占电池制作总能源的51%。
(2)成本和环境污染高:电极浆料混合过程需要使用大量N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),它非常昂贵而且有毒。因此,在大规模生产的干燥过程中,必须建立回收装置来收集和再处理蒸发的NMP。
(3)电极分层:在溶剂蒸发过程中,粘结剂和导电剂会由于毛细作用扩散到电极表面附近并形成团聚,而活性材料会沉淀。这会导致电极分层,从而损害电极中导电网络的构建,并降低活性材料和集流体之间的结合强度。
(4)电极厚度有限:湿法涂布技术制造的电极存在裂纹、分层和柔韧性差等问题,尤其是在制备厚电极时,这些问题会被放大。因此,电极厚度受到湿法涂布技术的极大限制。
(5)不适用于硫化物全固态电池:硫化物固态电解质对水和极性有机溶剂(如醇和酰胺溶剂)极为敏感。因此,在传统湿法涂敷制备电极时只能使用非极性或弱极性溶剂(例如二甲苯和甲苯),这也会限制粘结剂的选择范围。而即使使用非极性或弱极性溶剂,也会导致硫化物固态电解质的离子电导率降低。因此传统的湿法涂布技术并不适用于硫化物全固态电池的制备。
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