制造電池電極的傳統(tǒng)工藝不僅要用到有毒溶劑，還需要大量的空間和能源。DRYtraec能突破這些瓶頸，這是一種由弗勞恩霍夫材料與梁技術(shù)研究所IWS開發(fā)的新型干式涂層工藝。該技術(shù)對環(huán)境友好且具有成本效益，可以大規(guī)模使用，有可能徹底改變電池電極的制造。

聯(lián)邦經(jīng)濟事務和能源部(BMWi)預測，到2030年，德國將消耗約655太瓦時，比現(xiàn)在增加近20%。PrognosAG代表該部進行了相應的研究。很明顯，社會的整體能源需求在不斷增加。因此，快速增長的電動汽車行業(yè)正在尋找新的方法來減少制造電池所需的能源，從而將它們設計得盡可能具有成本效益和環(huán)保性。

DRYtraec是一種很有前景的解決方案，由德累斯頓FraunhoferIWS的跨學科研究團隊開發(fā)，該團隊專注于電池電極的生產(chǎn)。

作為任何電池的關(guān)鍵部件，電極通常由帶有薄涂層的金屬箔組成。該涂層包含負責儲存能量的活性成分。FraunhoferIWS化學涂層技術(shù)組經(jīng)理BenjaminSchumm博士解釋說：“傳統(tǒng)的涂層工藝使用濕化學方法，該方法應用所謂的漿料。將活性材料、導電碳和粘合劑分散在溶劑中制成一種糊狀物，首先將其涂在金屬箔上以形成濕涂層。需要具有很長干燥軌跡的超大型機器，以確保溶劑隨后蒸發(fā)。使用DRYtraec，我們可以更有效地設計此過程。”

新的涂層工藝基本上使用與漿料工藝相似的原材料。FraunhoferIWS開發(fā)的干式涂層技術(shù)無需溶劑，而是使用特殊粘合劑。這些材料一起形成了一種干燥的混合物，該混合物被送入壓延機間隙-兩個以相反方向旋轉(zhuǎn)的輥之間的間隙。關(guān)鍵的細節(jié)是其中一個滾輪必須比另一個轉(zhuǎn)得更快。這會產(chǎn)生剪切力，確保粘合劑形成稱為原纖維的線狀網(wǎng)絡。

“把它想象成一個機械嵌入粒子的蜘蛛網(wǎng)，”舒姆說。壓力和運動在快速旋轉(zhuǎn)的滾筒上形成一層精細的薄膜。然后將該薄膜在第二個壓延間隙中轉(zhuǎn)移到集電器箔上。這允許在沒有大量額外工作的情況下同時涂覆兩面。在最后一步，將得到的線圈切割成所需的尺寸，并根據(jù)需要堆疊各個部件，以生產(chǎn)成品電池。

成功歸功于化學和制造工程方面的綜合專業(yè)知識

因此，與現(xiàn)有的電池電極涂層工藝相比，DRYtraec具有明顯的生態(tài)和經(jīng)濟優(yōu)勢。從該過程中去除有毒溶劑和耗能長的干燥機有利于環(huán)境。新工藝還加快了生產(chǎn)速度，僅需傳統(tǒng)解決方案三分之一的設備空間，從多方面節(jié)約成本。在Schumm看來，DRYtraec過程的成功主要來自FraunhoferIWS研究團隊的專業(yè)知識多樣性。具有化學背景的同事研究了最佳粉末混合物，但例如制造工程方面的專家開發(fā)了防止干膜自支撐的設備，以確保其保持穩(wěn)定。

廣泛的可能應用

第一個原型DRYtraec系統(tǒng)作為“DryProTex”資助項目的一部分進行了調(diào)試。該項目表明，無論電池類型如何，都可以連續(xù)制造電極：“該技術(shù)的可能用途范圍不限于特定的電池化學，”舒姆指出。“它可以同樣用于鋰離子電池和鋰硫或鈉離子電池。我們甚至正在研究固態(tài)電池。這些在未來將變得越來越重要，但這些材料不能耐受濕化學處理。因此，DRYtraec使我們能夠為這個問題提供一個非常有前途的解決方案。”

業(yè)界對這個過程表現(xiàn)出極大的興趣。目前正在與多家汽車和電池制造商討論計劃建設多個試點系統(tǒng)。除了使用DRYtraec制造電極之外，F(xiàn)raunhoferIWS的研究人員還參與了許多其他研究項目，以檢查整個電池開發(fā)過程鏈。通過這樣做，他們在塑造電池的未來方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。