中國粉體網(wǎng)訊 2019年，特斯拉曾宣布收購超級電容與電池公司Maxwell。據(jù)Maxwell介紹，其干電極技術(shù)能將電芯的能量密度提升至300Wh/kg以上，未來有可能進(jìn)一步增加至500 Wh/kg。當(dāng)特斯拉的下一代無鈷電池被瘋傳時，有消息稱其下一代電池就是“干電極+超級電容”的組合。
對此，蜂巢能源CTO饒忠儒曾表示：“干法電極和超級電容其實(shí)不是什么新概念，技術(shù)早就存在。特斯拉真正瞄準(zhǔn)的是2025年以后的固態(tài)電池，因?yàn)楦煞姌O正是研究固態(tài)電池必須掌握的關(guān)鍵技術(shù)�！�
干法電極技術(shù)：一種具有潛力的電極制備技術(shù)
據(jù)中國粉體網(wǎng)小編了解，傳統(tǒng)鋰離子電池的電極多采用濕法涂敷工藝制造，這種電極需要干燥，干燥電極是個高耗能的工藝環(huán)節(jié)。濕法電極往往存在以下缺點(diǎn)：需要處理NMP等有害物質(zhì)，在涂層電極中有殘留溶劑，可能會降低電池的工作壽命和性能；成本高。創(chuàng)新電極制備工藝來降低成本和改善性能有其重要意義，干法壓制成型電極工藝應(yīng)運(yùn)而生。
干法電極技術(shù)可以提供一種簡化工序、減少設(shè)備、無溶劑、低能耗、降低二氧化碳排放、環(huán)境友好、更高活性物質(zhì)負(fù)載量的儲能裝置電極片解決方案。早在2004年，上述Maxwell公司就成功開發(fā)出活性炭干法電極制備技術(shù)，并在超級電容器中成熟應(yīng)用。近年來，科研人員也開始嘗試?yán)酶煞姌O制備技術(shù)開發(fā)鋰離子電池電極。
郭德超等采用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2作為活性物質(zhì)，C65作導(dǎo)電劑，PTFE作為主黏結(jié)劑，通過高剪切工藝使混合物料中的PTFE纖維化，并經(jīng)過熱輥壓工藝壓制成自支撐電極膜，隨后將電極膜分別熱復(fù)合于鋁箔集流體的兩面，最終得到無溶劑干法電極片，電極片的厚度均一，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化制備。
研究人員分別通過紐扣半電池和軟包全電池對上述干法電極片的電性能進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，在干法電極內(nèi)部形成了一個致密、完整、柔性的黏結(jié)劑網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用干法電極的軟包電池經(jīng)500圈循環(huán)充放電后，容量保持率為94.89%，相較于傳統(tǒng)的濕法涂布電極提高了約5個百分點(diǎn)。
干法電極中由PTFE纖維鏈構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以有效抑制活性物質(zhì)顆粒在充放電過程中的體積膨脹，防止活性物質(zhì)顆粒在循環(huán)過程中從集流體表面脫落。鑒于此，研究人員認(rèn)為鋰離子電池?zé)o溶劑干法電極技術(shù)是一種具有潛力的電極制備技術(shù)。
干法電極技術(shù)在全固態(tài)鋰電池正極制備中的應(yīng)用
硫化物固態(tài)電解質(zhì)粉體楊氏模量在20GPa左右，附著力大、可壓縮性大，易發(fā)生塑性形變，冷壓成型后晶界阻抗小，因此在正極層制備時，適合與正極粉體進(jìn)行直接干混。干混時在研缽中同時加入導(dǎo)電劑、硫化物電解質(zhì)、正極材料后，在攪拌器中進(jìn)行機(jī)械混合操作。
干混
硫化物固態(tài)電池正極制備工藝分為濕法涂布和干法涂布，據(jù)中國粉體網(wǎng)小編學(xué)習(xí)了解，濕法涂布工藝可能更適合放大，但制漿過程中會使用大量溶劑，這將必然導(dǎo)致部分溶劑小分子殘留在混合物中，進(jìn)而發(fā)生副反應(yīng)，從而使電解質(zhì)電導(dǎo)率下降、電池壽命衰減嚴(yán)重；溶液中的聚合物黏結(jié)劑對活性材料的包裹程度不易控制，容易導(dǎo)致傳荷失效；溶劑的揮發(fā)導(dǎo)致電極片的致密度較低，不利于電池的動力學(xué)過程；此外規(guī)�；笕軇┑呐欧藕突厥找彩遣豢苫乇艿膯栴}。
因此，利用PTFE的干法涂布技術(shù)成為了一種選擇。它主要包括3個步驟：①將電解質(zhì)、電極、PTFE球磨干混；②將粉體輥壓成薄膜；③將薄膜與集流體輥壓成型。
干法涂布
有研究人員發(fā)現(xiàn)，僅使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%的PTFE即可將NCM正極、硫化物電解質(zhì)、VGCF通過干法涂布技術(shù)制備出93μm厚的自支撐正極膜，同時展現(xiàn)出了6.5 mA·h/cm2的高面容量。也有研究人員使用各類負(fù)極材料(如硅基材料和鈦酸鋰)以及正極材料(如NMC、NCA、LFP、硫)等制備了卷對卷的干法電極，并成功商業(yè)化。已有的研究工作證明了干法涂布電極工藝在硫化物全固態(tài)鋰電池中具有一定的穩(wěn)定性。
干法電極工藝中，正極材料及其包覆層、固態(tài)電解質(zhì)和導(dǎo)電劑等多種粉體的混合效果，對后續(xù)的電池加工及性能影響很大。據(jù)中國粉體網(wǎng)小編了解，成立于1863年的古斯塔夫.愛立許機(jī)械制造公司，所研發(fā)的適合鋰電行業(yè)的新型愛立許混合機(jī)，運(yùn)用特有的專利技術(shù)，能夠高效地完成客戶對于干混/包覆的更高要求（例如：粒度更細(xì)的包覆任務(wù)、更低的混合料溫度等），達(dá)到理想的干混/包覆效果。
愛立許高速混合機(jī)
發(fā)展至今，愛立許在正極材料包覆、負(fù)極材料制備、鋰電池漿料制備，還有高固含和純干電極開發(fā)及應(yīng)用方面都取得十分顯著的成績，可以為鋰電池行業(yè)客戶提供一機(jī)多用私人定制的解決方案。在即將召開的第三屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會（2022年2月22-23日，武漢）上，愛立許的金蔚經(jīng)理將為大家詳細(xì)介紹愛立許高效混合技術(shù)在固態(tài)電池關(guān)鍵材料制備中的應(yīng)用進(jìn)展。
參考來源：
崔言明等：全固態(tài)鋰電池的電極制備與組裝方法，浙江鋒鋰新能源科技有限公司
郭德超等：鋰離子電池用無溶劑干法電極的制備及其性能研究，東莞東陽光科研發(fā)有限公司
肖艷等：碳酸氫銨對高載量干法電極性能的影響，四川長虹電源有限責(zé)任公司
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（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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