在二次電池巨大需求和上游鋰礦資源“先天不足”的矛盾日益突出的背景下,鈉離子電池在材料資源、電池性能和成本等方面的優(yōu)勢,使其在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的發(fā)展突飛猛進(jìn)。從生產(chǎn)工藝路徑來(lái)看,鈉離子電池與鋰離子電池工藝相似,能沿用鋰電現有的生產(chǎn)設備及生產(chǎn)工藝,轉換成本低。
一、概述
鈉電池的正負極電極片制造工藝與鋰電池相似,基本上可以沿用鋰電現有的生產(chǎn)設備及生產(chǎn)工藝。
目前,鈉離子電池的制造普遍采用與鋰離子電池相同的濕法工藝,包括電極制備(混料、涂布、干燥、溶劑回收、輥壓、裁切、電極真空干燥),電池組件(疊片或卷繞、焊接、入殼、封口、注液等)和電池化學(xué)激活(預充電、化成、老化等)。
現有鈉電池電極制備工藝存在以下不足:
① 能源浪費:濕法涂布和隨后的干燥需要消耗電池制作總能源的約51%。
② 環(huán)境污染:電極漿料混合過(guò)程中需要使用大量的NMP(N-甲基吡咯烷酮),然后在干燥時(shí)揮發(fā),因此必須建立回收裝置,否則造成環(huán)境污染。這個(gè)過(guò)程也會(huì )導致制造成本上升。
③ 電極容易分層:在溶劑蒸發(fā)過(guò)程中,粘結劑和導電劑會(huì )由于毛細作用擴散到電極表面附近并形成團聚,而活性材料會(huì )沉淀。這會(huì )導致電極分層,從而損害電極中導電網(wǎng)絡(luò )的構建,并降低活性材料和集流體之間的結合強度。
④ 電極厚度有限:采用濕法涂布技術(shù)制造的電極存在裂紋、分層和柔韌性差等問(wèn)題,尤其是在制備厚電極時(shí),這些問(wèn)題會(huì )被放大。因此,電極厚度受到限制,進(jìn)而影響電池的容量。
二、干法電極制造工藝
與濕法電極工藝相比,不使用溶劑、不需要烘干、也無(wú)須溶劑回收裝置,因此,設備更簡(jiǎn)單、占地面積更小、能耗更低、沒(méi)有有機物排放。
干法電極技術(shù)是將正負極顆粒與聚四氟乙烯(PTFE)固態(tài)粘結劑混合、經(jīng)過(guò)纖維化后,再連續輥壓制成自支撐薄膜。
目前,鈉離子電池的制造工藝主要包括:
前段:電極制備(混料、涂布、干燥、溶劑回收、輥壓、裁切、電極真空干燥)
中段:電池組件(疊片或卷繞、焊接、入殼、封口、注液等)
后段:電池化學(xué)激活(預充電、化成、老化等)
本技術(shù)用于前段的電極制備,對現有電池制造工廠(chǎng)的中段和后段不產(chǎn)生影響,既有產(chǎn)線(xiàn)替代成本低,可操作性強;同時(shí),電池生產(chǎn)設備占地減少70%,生產(chǎn)成本下降20%,投資成本下降35%,替代效益立竿見(jiàn)影。