更环保、更便宜、充电更快——一种制造锂离子电池电极的新方法
伍斯特理工学院的团队由 Yan Wang 领导，开发了一种无溶剂、经济高效的锂离子电池电极生产工艺，其充电速度比目前市场上的电极更快。
新的制造技术解决了电动汽车行业面临的一个关键障碍。伍斯特理工学院 (WPI) 研究员 Yan Wang 领导的研究小组首创了一种无溶剂生产锂离子电池电极的方法。与目前可用的电极相比，这种新颖的方法可产生更环保、更具成本效益且充电速度更快的电极，有可能彻底改变电动汽车电池的制造。
该团队在《焦耳》杂志上公布了一种干印刷制造技术，该技术避免了使用浆料的传统电极生产方法所固有的有害溶剂的使用和长时间的干燥时间。担任 WPI 机械与材料工程系 William B. Smith 院长教授的 Wang 表示，这种创新工艺具有可扩展性，有可能将电极生产成本降低多达 15%。此外，通过这种方法生产的电极可以比使用传统方法生产的电极以更快的速度充电。
“目前的锂离子电池充电速度太慢，制造商通常使用易燃、有毒且昂贵的溶剂，这增加了生产时间和成本，”王说。“我们的无溶剂制造工艺克服了这些缺点，生产出的电极可在 20 分钟内充电至 78% 的容量，而无需溶剂、浆料和较长的生产时间。”
伍斯特理工学院研究员王岩。图片来源：马特·布尔戈斯
商用锂离子电池电极通常通过混合活性材料、导电添加剂、聚合物和有机溶剂制成浆料，将其粘贴到金属基材上，在烤箱中干燥，然后切成碎片用于电池。通过蒸馏回收溶剂。
相比之下，研究人员的过程涉及将带电的干粉末混合在一起，这样当它们喷涂到金属基材上时就会粘附在一起。然后将干燥涂覆的电极加热并用辊压紧。研究人员报告称，跳过传统的干燥和溶剂回收过程可将电池制造能源消耗减少约 47%。
参考文献：“用于快速充电电池的卷对卷无溶剂制造电极”，作者：Yangtao Liu、Xiangtao Kong、Chinmoy Podder、Fan Wang、Zeyuan Li、Jianzhao Liu、Jinzhao Fu、Xiaotu Ma、Panawan Vanaphuti、Rui Wang， Andrew Hitt、Yavuz Savsatli、Zhenzhen Yang、Mingyuan Ge、Wah-Keat Lee、Bryan Yonemoto、Ming Tang、Heng Pan 和 Yan Wang，2023 年 5 月 10 日，焦耳。
DOI：10.1016/j.joule.2023.04.006
王长期以来一直致力于改进锂离子电池并减少其产生的废物。他是 Ascend Elements 的联合创始人，该公司致力于开发电池回收技术。王的电极制造工作得到了能源部、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Yangtao Liu '22（博士）、研究生Jinzhao Fu、助理研究教授Xiaotu Ma、Panawan Vanaphuti '22（博士）和Rui Wang '23（博士），所有 WPI；以及德克萨斯农工大学、莱斯大学、Microvast Inc.、阿贡国家实验室和布鲁克海文国家实验室的研究人员。
WPI已就王团队开发的制造技术提交了专利申请。此外，王和他的合作者之一、德克萨斯农工大学的 Heng Pan 共同创立了 AM Batteries Inc.，这是一家风险投资支持的公司，正在与 Amperex Technology Limited (ATL) 和其他公司合作，扩大无溶剂电极的规模制造业。