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美國(guó)研發(fā)鋰離子電池制造回收環(huán)保法 可降低加工成本和能耗

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1152次  |  2020年06月09日  

據(jù)外媒報(bào)道,美國(guó)弗吉尼亞理工學(xué)院(VirginiaTech)的研究人員展示了一種綠色、可持續(xù)性的鋰離子電池(LIB)制造方法,能夠在電池電極生產(chǎn)和回收過(guò)程中不使用有害的有機(jī)溶劑。


(圖片來(lái)源:弗吉尼亞理工學(xué)院)


研究人員發(fā)現(xiàn),通過(guò)水基工藝制造的電極與傳統(tǒng)基于溶劑工藝制造的電極的速率性能和循環(huán)壽命相當(dāng)。利用水溶性粘合劑能夠利用水,從廢電極中回收陰極化合物,成功再生此類化合物后,新電極與原始電極電化學(xué)性能相當(dāng)。


在電池制造和處理過(guò)程中,量產(chǎn)鋰離子電池可能會(huì)引起環(huán)境問(wèn)題。傳統(tǒng)的鋰離子電池電極,特別是陰極,采用N-甲基吡咯烷硐(NMP)作為溶劑,利用淤漿法制成。事實(shí)上,據(jù)估計(jì),年產(chǎn)量為10萬(wàn)組功率為60kW、10kWh插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)電池的電池制造廠每年要使用410萬(wàn)公斤的NMP來(lái)沉積陰極層。考慮到全球鋰離子電池的產(chǎn)量約為400GWh,則要大量的NMP。


但是,NMP是一種昂貴的再生毒性物質(zhì),已于2018年被歐盟委員會(huì)列為閑置物名單。此外,在鋰離子電池的生產(chǎn)過(guò)程中,大約47%能耗都花在電極干燥過(guò)程,用于NMP溶劑的蒸發(fā)和回收,假如用水替代NMP,則可以減少四分之一的能耗。在干燥室設(shè)備上,還需消耗29%的能量,用于控制漿液混合和澆鑄操作的濕度和溫度。因此,要研發(fā)新型電極生產(chǎn)工藝和/或NMP替代品,從而降低加工成本和能源消耗。


研究人員在電極生產(chǎn)中用水替代了NMP,并從集電器中分離出黑色物質(zhì)(炭黑和活性物質(zhì)的混合物),將水溶性粘合劑溶解在水中以實(shí)現(xiàn)回收,再將活性物質(zhì)從炭黑中分離出來(lái),再次鋰化生成電池材料。


研究人員表示,在此次研究中使用的水基加工電極具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,與用回收材料中制成電極的電化學(xué)性能相當(dāng)。假如能夠解決一些潛在的挑戰(zhàn),此種方法能夠供應(yīng)一個(gè)綠色、可持續(xù)的工藝,用于制造和回收鋰離子電池。


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