制造电池电极的传统工艺主要涉及有毒溶剂,需要大量空间和能源。作为替代方案,弗劳恩霍夫材料和梁技术研究所 IWS开发了一种新的干式涂层工艺:DRYtraec。该技术环保、性价比高,可大规模应用。
联邦经济事务和能源部 (BMWi) 预测,到 2030 年,德国将消耗大约 655 太瓦时的电能——与今天相比增加了近 20%。Prognos AG 代表该部进行了相应的研究。这个数字是初步估计;最终结果预计将在秋季公布。然而,很明显,社会的整体能源需求在不断增加。因此,快速增长的电动汽车行业正在寻找新的方法来减少制造电池所需的能源,从而将它们设计得尽可能具有成本效益和环保性。因此,DRYtraec 是由德累斯顿 Fraunhofer IWS 的跨学科研究团队开发的一种很有前景的解决方案,该团队专注于电池电极的生产。
电极通常由带有薄涂层的金属箔组成。该涂层包含负责储存能量的活性成分。Fraunhofer IWS 化学涂层技术集团经理 Benjamin Schumm 博士解释说,传统的涂层工艺使用湿法化学方法施加浆料。将活性材料、导电碳和粘合剂分散在溶剂中制成糊状物,然后将糊状物涂在金属箔上以形成湿涂层。
新的涂层工艺基本上使用与浆料工艺相似的原材料。Fraunhofer IWS 开发的干式涂层技术无需溶剂,而是使用特殊粘合剂。这些材料一起形成了一种干燥的混合物,该混合物被送入压延机间隙 - 两个以相反方向旋转的辊之间的间隙。关键的细节是其中一个滚轮必须比另一个转得更快。这会产生剪切力,确保粘合剂形成称为原纤维的线状网络。
压力和运动在快速旋转的滚筒上形成一层精细的薄膜。然后将该薄膜在第二个压延间隙中转移到集电器箔上。这允许在没有大量额外工作的情况下同时涂覆两面。在最后一步,将得到的线圈切割成所需的尺寸,并根据需要堆叠各个部件,以生产成品电池。
因此,与现有的电池电极涂层工艺相比,DRYtraec 具有明显的生态和经济优势。从该过程中去除有毒溶剂和耗能长的干燥机有利于环境。新工艺还加快了生产速度,仅需传统解决方案三分之一的设备空间,从多方面节约成本。
第一个原型 DRYtraec 系统作为“DryProTex”资助项目的一部分进行了调试。该项目表明,无论电池类型如何,都可以连续制造电极。
业界对这个过程表现出极大的兴趣。目前正在与多家汽车和电池制造商讨论计划建设多个试点系统。除了使用 DRYtraec 制造电极之外,Fraunhofer IWS 的研究人员还参与了许多其他研究项目,以检查整个电池开发过程链。