位于德累斯頓的弗勞恩霍夫材料和射線技術研究所的研究人員開發(fā)了一種新的生產工藝，旨在實現(xiàn)未來高效，環(huán)保的電池生產。 他們用干膜代替液體化學品涂覆儲能電池的電極。 這種簡化的過程可節(jié)省能源并消除有毒溶劑。 一家芬蘭公司目前正在成功測試新的IWS技術。
越來越多的企業(yè)需要更好，更具成本效益的儲能生產方法，特別是在德國：所有主要的汽車制造商都推出了雄心勃勃的電動汽車計劃，這確保了電池需求的急劇增長。 到目前為止，德國公司一直在亞洲為此目的購買電池。推動這一趨勢的主要原因有兩個：亞洲科技集團在電池單元的大規(guī)模生產方面擁有多年的經驗以及這些工藝在生產中消耗了大量的能源。 因此，在德國等電價較高的地區(qū)生產成本非常高。
這就是電極涂上新的干式轉移涂層技術的樣子。Fraunhofer IWS工藝使電池電極能夠在不使用有毒溶劑的情況下進行生產。
不再使用有毒溶劑 - 降低電力成本
正是這一事實正是撒克遜弗勞恩霍夫工程師想要改變的：“我們的干轉移涂層工藝旨在顯著降低電極涂層的工藝成本，”IWS項目經理Benjamin Schumm博士強調說。 “制造商可以不再使用有毒和昂貴的溶劑，并在干燥過程中節(jié)省能源成本。此外，我們的技術還促進了電極材料的使用，以前這些材料很難或甚至不可能進行濕化學處理。”
但是這些材料是未來具有更高能量密度的電池所需要的。“出于所有這些原因，我們認為我們的技術有助于在德國和歐洲實現(xiàn)具有國際競爭力的電池生產?！?/p>
試點工廠在芬蘭成功啟動
弗勞恩霍夫的北歐合作伙伴也看到了這種潛力：芬蘭電池公司“BroadBit Batteries”和IWS已在其埃斯波(Espoo)工廠委托了一家試點工廠，該工廠用干電極材料而不是濕電極糊來涂覆電極，這在目前的行業(yè)中很常見。BroadBit用它來生產新型的鈉離子電池。本杰明?舒姆(Benjamin Schumm)報告稱:“即使在德國，對我們技術的需求也很高?！?/p>
在實驗室規(guī)模上，IWS已經可以以每分鐘幾米的驚人生產速度涂覆電極箔。在這方面，德累斯頓的工程師們可以展示出將這項技術轉化為大規(guī)模生產的潛力。
經典濕化學的限制
到目前為止，電池生產商們大多是通過復雜的濕化學工藝涂覆電池電極。首先，他們將這些活性物質與添加劑混合，制成糊狀。這些活性物質的作用是釋放儲存的能量。在這個過程中，他們添加昂貴且通常有毒的有機溶劑。為了保護作業(yè)人員和環(huán)境，必須采取詳細的職業(yè)安全和后處理預防措施。
一旦這種糊狀物被應用到薄金屬箔上，一個更昂貴的工藝步驟就開始了：數(shù)十米長的加熱部分用于干燥涂覆的薄膜，然后再進行進一步加工。這種干燥過程通常會導致很高的電費。
結合分子形成蜘蛛網
另一方面，用于干電極涂層的新型薄膜轉移技術，在操作上沒有這些生態(tài)破壞和昂貴的工藝步驟:IWS工程師將他們的活性材料與結合聚合物混合。他們在一個叫做“壓延機”的軋機上加工這種干燥的混合物。
該系統(tǒng)中的剪切力將整個分子鏈從結合聚合物中撕下。這些“原纖維”與蜘蛛網中的電極顆粒連接，這為電極材料提供了穩(wěn)定性，形成柔性干電極材料層。在下一步驟中，壓延機將100微米厚的薄膜直接層壓到鋁箔上，從而形成電池電極。
通往固態(tài)防火電池的道路
本杰明?舒姆(Benjamin Schumm)表示:“通過這種方式，我們還能夠為傳統(tǒng)工藝失效的新一代電池加工材料?！崩?，使用硫作為活性物質的能量存儲系統(tǒng)或使用離子傳導固體代替可燃液體電解質的固態(tài)電池。IWS科學家展望未來說:“這些電池將能夠在相同體積下儲存比現(xiàn)在鋰離子電池更多的能量。”然而，這些固體電解質在與溶劑接觸時會失去其功能特性。
無溶劑涂層工藝明顯更適合生產這些存儲介質?！霸谔幚硭泄虘B(tài)電池電極的過程中，研究人員通過使用極低粘合劑含量的干膜技術達到了一個重要的里程碑。他們最近在ScienceDirect上發(fā)布了他們的結果。
流程可以取代傳統(tǒng)的粘貼流程
德累斯頓工程師現(xiàn)在的目標是與工業(yè)合作伙伴合作，以實現(xiàn)其突破。例如，在BMBF資助的“DryProTex”項目中，他們與Saueressig，INDEV，Netzsch Trockenmahltechnik和Broad-Bit Batteries公司一起進一步開發(fā)干轉移涂層工藝。
合作伙伴預計電池生產將發(fā)生根本性的變化。本杰明?舒姆(Benjamin Schumm)總結稱:“從長遠來看，該技術為替代傳統(tǒng)的糊狀電極生產工藝提供了巨大潛力。”在DryProTex項目中進行了材料、工藝和設備的開發(fā)，旨在實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模干陰極生產的工藝設計。