更环保、更便宜、充电更快 科学家带来制造锂离子电池电极的新方法

新的制造技术解决了电动汽车领域所面临的一个关键障碍。由伍斯特理工学院(WPI)的研究员Yan Wang领导的一个研究小组开创了一种生产锂离子电池电极的无溶剂方法。与目前可用的电极相比，这种新颖的方法产生了更环保、更具成本效益和更快充电的电极，有可能彻底改变电动汽车的电池制造。

该团队在《焦耳》(Joule)杂志上公布了一种干式印刷制造技术，该技术避免了使用有害溶剂和传统电极生产方法中固有的大量干燥时间，这些方法都是利用泥浆。担任WPI机械和材料工程系William B. Smith院长教授的Wang表示，这种创新工艺是可扩展的，有可能将电极生产费用降低15%。此外，通过这种方法生产的电极可以比用传统方法生产的电极以更快的速度充电。

Wang说："目前的锂离子电池充电速度太慢，制造商通常使用易燃、有毒和昂贵的溶剂，增加了生产的时间和成本。我们的无溶剂制造工艺解决了这些缺点，生产的电极可以在20分钟内充电到78%的容量，所有这些都不需要溶剂、泥浆和漫长的生产时间。"

商用锂离子电池电极通常是通过混合活性材料、导电添加剂、聚合物和有机溶剂来制造浆液，然后粘贴在金属基材上，在烘箱中干燥，并切成碎片用于电池。溶剂通过蒸馏被回收。

相比之下，研究人员的工艺涉及将带电的干粉混合在一起，以便它们在喷到金属基底上时能够粘附。然后，干涂层的电极被加热，并用辊子压缩。研究人员报告说，跳过传统的干燥和溶剂回收过程后，电池制造的能源使用估计减少了47%。

长期以来，Wang一直专注于改进锂离子电池并减少其产生的废物。他共同创立了Ascend Elements公司，该公司正在开发电池回收技术。王的电极制造工作得到了美国能源部与美国先进电池联盟有限责任公司和马萨诸塞州清洁能源中心的资助。该项目的合作者包括刘仰涛'22(博士)、研究生傅金钊、助理研究教授马晓图、Panawan Vanaphuti'22(博士)和Rui Wang'23(博士)，他们都来自WPI;以及德克萨斯A&M大学、莱斯大学、Microvast公司、阿贡国家实验室和布鲁克海文国家实验室的研究员。

WPI已经为Wang的团队开发的制造技术提交了专利申请。此外，Wang和他的合作者之一，德克萨斯A&M大学的Heng Pan，共同创立了AM电池公司，这是一家由风险投资支持的公司，正在与Amperex科技有限公司(ATL)和其他公司合作，扩大无溶剂电极的生产规模。