美國研發(fā)鋰離子電池制造回收環(huán)保法 可降低加工成本和能耗
據外媒報道，美國弗吉尼亞理工學院（Virginia Tech）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和回收過程中不使用有害的有機溶劑。
圖片來源：弗吉尼亞理工學院
研究人員發(fā)現，通過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。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性能相當。
在電池制造和處理過程中，量產鋰離子電池可能會引起環(huán)境問題。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。事實上，據估計，年產能為10萬組功率為60 kW、 10 kWh插電式混合動力汽車（PHEV）電池的電池制造廠每年需要使用410萬公斤的NMP來沉積陰極層。考慮到全球鋰離子電池的產能約為400 GWh，則需要大量的NMP。
但是，NMP是一種昂貴的再生毒性物質，已于2018年被歐盟委員會列為閑置物名單。此外，在鋰離子電池的生產過程中，大約47%能耗都花在電極干燥過程，用于NMP溶劑的蒸發(fā)和回收，如果用水替代NMP，則可以減少四分之一的能耗。在干燥室設備上，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，需要研發(fā)新型電極生產工藝和/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中用水替代了NMP，并從集電器中分離出黑色物質（炭黑和活性物質的混合物），將水溶性粘合劑溶解在水中以實現回收，再將活性物質從炭黑中分離出來，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)異的電化學性能，與用回收材料中制成電極的電化學性能相當。如果能夠解決一些潛在的挑戰(zhàn)，此種方法能夠提供一個綠色、可持續(xù)的工藝，用于制造和回收鋰離子電池。
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