Что такое технология сухого электрода?  

Технология сухого электрода - это новый процесс производства электродов, который исключает использование жидких растворителей. Вместо этого он напрямую смешивает твердые порошки активного материала, проводящего агента и связывающего вещества. Основной процесс включает в себя: сначала смешивание активного материала, проводящего агента и связывающего вещества; во время смешивания порошок затягивается в волокнистое состояние; Этот волокнистый материал затем сжимается в тонкие листы и ламинируется на текущую коллекторную фольгу (субстрат).

Существуют два основных метода производства:  Фибрилляция связывающего   и Электростатическое распыление.

1. Связывающая фибриллация (основной метод)
Этот доминирующий подход состоит из трех ключевых этапов: смешивание порошка, фибриляция и календирование (рулонное прессование).

• Смешивание порошка:   Большие частицы должны быть мелко распылены, чтобы уменьшить последующие опасности для безопасности. Контроль температуры во время смешивания имеет решающее значение для предотвращения преждевременной фибрилляции связывающего вещества и обеспечения равномерного распределения связывающего вещества.

• Фибрилляция:   Необходимо обратить внимание на различное время фибрилляции, необходимое для различных материалов для оптимизации процесса. К числу проблем относятся высокая устойчивость процесса и достижение равномерного уровня фибрилляции.

• Календарирование:   Этот этап ставит значительно более высокие требования к оборудованию с точки зрения давления, точности и равномерности применения силы. Это особенно важно для катодов, поскольку катодные порошковые материалы хрупки и требуют большего давления для эффективного уплотнения. Компании, использующие этот метод, базируются в основном в США, Китае и Германии (например, Maxwell/Bosch в США, Hina Battery в Китае, TU Dresden в Германии).

2. Электростатическое распыление
Этот метод использует газ высокого давления для распыления смеси порошка (активного материала, проводящего агента, связывающих частиц) на фольгу колектора тока. Опыленные частицы приобретают отрицательный заряд электростатически, облегчая их адгезию к заземленной фольге. Последующее горячее прессование расплавляет связывающее вещество, которое затем связывает окружающие порошковые частицы и сжимает слой в самоносящую пленку. Компании, использующие этот метод, находятся в основном в Японии и Корее.

Преимущества и недостатки технологии сухого электрода

Традиционная мокрая обработка включает в себя смешивание положительных / отрицательных порошков электродов с растворителями для образования шламы, покрытие ее на фольгу, а затем сушение / отверждение в печи для получения пригодных для использования листов электродов. Напротив, сухая обработка устраняет растворители. Он использует специализированные связывающие вещества, включенные в порошок, который затем уплотняется непосредственно на фольгу, удаляя этап сушки.

По сравнению с традиционной мокрой обработкой сухая технология влечет за собой значительные изменения в материалах, процессах и оборудовании. Хотя он предлагает потенциальную экономию затрат, он также вводит большую сложность на каждом этапе. Отсутствие влаги увеличивает износ металлических компонентов оборудования. Особенно во время сборки с участием твердых электролитов сульфида сухой процесс может вызвать коррозию оборудования. Полученный металлический мусор может поставить под угрозу целостность и производительность клетки.

Проблемы и недостатки:

• Единородность материала:   Достижение полностью равномерного смешивания порошка в первоначальном процессе фибрилляции сложно. Неоднородность делает сформированный лист электрода непригодным для использования, влияя на урожайность. Неоднородные сухие электродные покрытия могут создать " горячие точки, " приводит к ухудшению производительности батареи, потенциальным коротким замыканиям или даже катастрофическому сбою батареи.

• Трудности календарирования:   В то время как обычные влажные электроды календируются после сушки, сухая обработка может эффективно компактировать графитные аноды, но борется с такими материалами, как металлические литиевые аноды и катоды с высоким содержанием никеля (NMC / NCA), что затрудняет достижение гладких, плотных интерфейсов. Высокое давление, необходимое для сложных для компактирования материалов, ускоряет износ оборудования. Ремонт поврежденного оборудования может занять более месяца, что влияет на урожайность и стоимость.

• Сложность (специфическая для катода):   Как отметил Илон Маск относительно проблем в разработке сухого катода: " Катодный материальный аспект в процессе сухого электрода сложный. При сжатии катодного порошка до определенной толщины чрезмерное давление может вызвать деформацию. Отдельная обработка пленки электрода и коллектора тока для ламинирования, сохраняя при этом целостность активного материала и предотвращая увеличение внутреннего импеданса, представляет значительные трудности. "

• Ограничения электростатического распыления:   В то время как разделяют преимущества, такие как экологическая чистота, более короткое время термического отверждения, более широкая применимость материала электрода и хороший контроль толщины / однородности с фибрилляцией, электростатическое распыление также демонстрирует недостатки. К ним относятся ограничения в последующей обрабатываемости, устойчивости к адгезии и гибкости/долговечности электрода.

• 
  

Преимущества (подразумеваемые/явные):

• Устраняет растворители:   Устраняет необходимость в дорогостоящих и опасных для окружающей среды растворителях (таких как NMP) и связанных с ними системах восстановления растворителей.

• Упрощенный процесс:   Удаляет энергоемкий этап сушения/отверждения.

• Потенциальная экономия затрат:   Снижение потребления энергии и устранение инфраструктуры обработки растворителей.

• Экологические преимущества:   Избегает выбросов ЛОС и отходов растворителей.

• Гибкость материала:   Позволяет обрабатывать чувствительные к влаге материалы (например, для твердотельных батарей).

• Контроль толщины:   Такие методы, как электростатическое распыление, обеспечивают хороший контроль над толщиной и равномерностью покрытия.