卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究团队,采用新的涂层工艺,以创纪录的速度生产锂离子电池电极。同时,新工艺提高了电极质量,并降低生产成本。

生产电池电极时,电极材料以薄膏体的形式,在铜箔或铝箔上涂成矩形。矩形旁边是无涂层箔片,这是传导电流的必要条件。为了生产这些型材,涂装过程必须反复中断并重新启动。在极快的生产速度下,如何使材料不涂到矩形边缘外,是很大的挑战。对电极涂层来说,精准度是关键,即使是很小的生产误差,也会导致电池无法使用。KIT的Wilhelm Schabel教授说:“由于产量低、废品率高,目前的锂离子电池价格远高于实际价值。”

Schabel研究组的博士生Ralf Diehm的研究,现已取得决定性进展。他对生产电极材料用的喷嘴进行优化,为其配备振动膜,以周期性停止并重新启动膏体涂层应用。Diehm说:“这种薄膜比机械阀门轻得多,反应速度非常快,从而极大提高生产速度。以前,制造工艺的速度仅为每分钟30到40米。采用新技术后,电极涂层可以达到每分钟150米。“在电极生产中,减少机械部件,不仅可以加快生产速度,还具有进一步的优势:振动膜的控制比机械阀精确得多,可以提高生产质量,降低废品率。

Philip Scharfer博士和Schabel教授研究这一课题已有数年。他解释说,为了使电池生产从更快的电极涂层中获益,生产过程还必须在其他地方进行调整。“涂层更快,干燥时间需要更短。否则,烘干机部分及整个系统就必须相应地扩大。“KIT对不同干燥条件进行基础研究,优化干燥过程,在保持电极性能的前提下,将干燥时间缩短了约40%。

这项技术大大降低了电池生产成本,有助于满足日益增长的电动出行需求,现将从实验室转到工业生产。未来,KIT将与乌尔姆大学(Ulm University)合作开发电池。