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美国研发锂离子电池制造回收环保法 可降低加工成本和能耗

据外媒报道,美国弗吉尼亚理工学院(Virginia Tech)的研究人员展示了一种绿色、可持续性的锂离子电池(LIB)制造方法,能够在电池电极生产和回收过程中不使用有害的有机溶剂。

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(图片来源:弗吉尼亚理工学院)

研究人员发现,通过水基工艺制造的电极与传统基于溶剂工艺制造的电极的速率性能和循环寿命相当。利用水溶性粘合剂能够利用水,从废电极中回收阴极化合物,成功再生此类化合物后,新电极与原始电极电化学性能相当。

在电池制造和处理过程中,量产锂离子电池可能会引起环境问题。传统的锂离子电池电极,特别是阴极,采用N-甲基吡咯烷硐(NMP)作为溶剂,利用淤浆法制成。事实上,据估计,年产能为10万组功率为60 kW、 10 kWh插电式混合动力汽车(PHEV)电池的电池制造厂每年需要使用410万公斤的NMP来沉积阴极层。考虑到全球锂离子电池的产能约为400 GWh,则需要大量的NMP。

但是,NMP是一种昂贵的再生毒性物质,已于2018年被欧盟委员会列为闲置物名单。此外,在锂离子电池的生产过程中,大约47%能耗都花在电极干燥过程,用于NMP溶剂的蒸发和回收,如果用水替代NMP,则可以减少四分之一的能耗。在干燥室设备上,还需消耗29%的能量,用于控制浆液混合和浇铸操作的湿度和温度。因此,需要研发新型电极生产工艺和/或NMP替代品,从而降低加工成本和能源消耗。

研究人员在电极生产中用水替代了NMP,并从集电器中分离出黑色物质(炭黑和活性物质的混合物),将水溶性粘合剂溶解在水中以实现回收,再将活性物质从炭黑中分离出来,再次锂化生成电池材料。

研究人员表示,在此次研究中使用的水基加工电极具有优异的电化学性能,与用回收材料中制成电极的电化学性能相当。如果能够解决一些潜在的挑战,此种方法能够提供一个绿色、可持续的工艺,用于制造和回收锂离子电池。

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