未來電動汽車的經濟儲能

位于德累斯頓的弗勞恩霍夫材料與梁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)高效，環(huán)保的未來電池生產。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，以確保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：亞洲技術集團在電池單元的大規(guī)模生產方面擁有多年的經驗，并且在這些工藝中消耗了大量能源。因此，在德國這樣的高電價地點生產是非常高成本的。

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。“制造商可以消除有毒和昂貴的溶劑，并在干燥過程中節(jié)省能源成本。此外，我們的技術還有助于使用難以甚至不可能進行濕化學處理的電極材料。”

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。”

試點工廠在芬蘭成功啟動

Fraunhofer的北歐合作伙伴也看到了這種潛力：芬蘭電池公司“BroadBit Batteries”與IWS一起在其Espoo工廠委托了一個試驗工廠，該工廠用干電極材料涂覆電極而不是濕漿，這在行業(yè)到現(xiàn)在為止。BroadBit用它來生產新型鈉離子電池。“即使在德國，對我們技術的需求也很高，”Benjamin Schumm說。

在實驗室規(guī)模上，IWS已經可以以每分鐘幾米的顯著生產速度涂覆電極箔。在這方面，德累斯頓工程師可以展示將技術轉移到生產規(guī)模的潛力。

經典濕化學的限制

到目前為止，電池生產商大多在復雜的濕化學過程中涂覆電池電極。首先，他們混合活性材料，后來用于釋放儲存的能量，添加劑以產生糊狀物。在這個過程中，他們添加昂貴且通常有毒的有機溶劑。為了保護操作人員和環(huán)境，必須采取詳細的職業(yè)安全和后處理預防措施。

一旦將糊狀物施加到薄金屬箔上，就開始進一步昂貴的工藝步驟：數(shù)十米長的加熱部分干燥涂覆的薄膜，然后才能進一步加工。這種干燥過程通常會導致高電費。

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沒有這些生態(tài)破壞和昂貴的工藝步驟的情況下運行：IWS工程師將其活性材料與粘合聚合物混合。他們在稱為“壓延機”的軋機中加工這種干混合物。

該系統(tǒng)中的剪切力將整個分子鏈從粘合劑聚合物中撕下。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。結果是柔性干電極材料層。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。

在去固態(tài)防火電池的路上

“通過這種方式，我們還能夠為經典工藝失敗的新一代電池加工材料，”Benjamin Schumm說。這些包括，例如，使用硫作為活性材料的能量存儲系統(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。“這些電池能夠以與現(xiàn)有鋰離子電池相同的體積儲存更多的能量，”IWS科學家表示，未來將會如此。“但是，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。“在處理所有固態(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。

合作伙伴期望電池生產發(fā)生根本變化：“ 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，”Benjamin Schumm總結道。在DryProTex項目材料中，進行工藝和設備開發(fā)，目的是實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模干陰極生產的工藝設計。