更環保、更便宜、充電更快 科學家帶來制造鋰離子電池電極的新方法

新的制造技術解決了電動汽車領域所面臨的一個關鍵障礙。由伍斯特理工學院（WPI）的研究員Yan Wang領導的一個研究小組開創了一種生產鋰離子電池電極的無溶劑方法。與目前可用的電極相比，這種新穎的方法產生了更環保、更具成本效益和更快充電的電極，有可能徹底改變電動汽車的電池制造。

該團隊在《焦耳》（Joule）雜志上公布了一種干式印刷制造技術，該技術避免了使用有害溶劑和傳統電極生產方法中固有的大量干燥時間，這些方法都是利用泥漿。擔任WPI機械和材料工程系William B. Smith院長教授的Wang表示，這種創新工藝是可擴展的，有可能將電極生產費用降低15%。此外，通過這種方法生產的電極可以比用傳統方法生產的電極以更快的速度充電。

Wang說："目前的鋰離子電池充電速度太慢，制造商通常使用易燃、有毒和昂貴的溶劑，增加了生產的時間和成本。我們的無溶劑制造工藝解決了這些缺點，生產的電極可以在20分鐘內充電到78%的容量，所有這些都不需要溶劑、泥漿和漫長的生產時間。"

商用鋰離子電池電極通常是通過混合活性材料、導電添加劑、聚合物和有機溶劑來制造漿液，然后粘貼在金屬基材上，在烘箱中干燥，并切成碎片用于電池。溶劑通過蒸餾被回收。

相比之下，研究人員的工藝涉及將帶電的干粉混合在一起，以便它們在噴到金屬基底上時能夠粘附。然后，干涂層的電極被加熱，并用輥子壓縮。研究人員報告說，跳過傳統的干燥和溶劑回收過程后，電池制造的能源使用估計減少了47%。

長期以來，Wang一直專注于改進鋰離子電池并減少其產生的廢物。他共同創立了Ascend Elements公司，該公司正在開發電池回收技術。王的電極制造工作得到了美國能源部與美國先進電池聯盟有限責任公司和馬薩諸塞州清潔能源中心的資助。該項目的合作者包括劉仰濤'22（博士）、研究生傅金釗、助理研究教授馬曉圖、Panawan Vanaphuti'22（博士）和Rui Wang'23（博士），他們都來自WPI；以及德克薩斯A&M大學、萊斯大學、Microvast公司、阿貢國家實驗室和布魯克海文國家實驗室的研究員。

WPI已經為Wang的團隊開發的制造技術提交了專利申請。此外，Wang和他的合作者之一，德克薩斯A&M大學的Heng Pan，共同創立了AM電池公司，這是一家由風險投資支持的公司，正在與Amperex科技有限公司（ATL）和其他公司合作，擴大無溶劑電極的生產規模。