Quy trình phủ điện cực khô đã sẵn sàng để chuyển đổi sản xuất pin Lithium-ion bằng cách cung cấp một giải pháp thay thế bền vững, tiết kiệm chi phí và hiệu suất cao cho các phương pháp bùn ướt truyền thống. Bằng cách loại bỏ các dung môi nguy hiểm, kỹ thuật cải tiến này giúp giảm tác động môi trường, giảm chi phí sản xuất và tăng cường hiệu suất của pin. Tận dụng chất kết dính fluoropolymer tiên tiến, chẳng hạn như chất kết dính được phát triển bởi chemours dưới Teflon™Thương hiệu, quá trình khô đang thu hút sự chú ý của các nhà lãnh đạo trong ngành. Trong Blog này, chúng tôi tìm hiểu cơ chế của lớp phủ điện cực khô, ưu điểm của nó so với phương pháp ướt, những thách thức của việc mở rộng quy mô cho sản xuất hàng loạt, và vai trò của chất kết dính chuyên dụng trong việc thúc đẩy Cuộc Cách Mạng xanh này, dựa trên những hiểu biết từ tejas upasani, giám đốc công nghệ EV toàn cầu tại chemours.
CáiLớp phủ điện cực khôQuy trình thể hiện một cách tiếp cận mới để sản xuất điện cực cho pin lithium-ion, về cơ bản khác với phương pháp bùn ướt thông thường. Trong quá trình ướt, các vật liệu hoạt tính, phụ gia dẫn điện và chất kết dính được trộn với dung môi, chẳng hạn như N-Methyl-2-pyrrolidone (nmp), để tạo thành bùn, được phủ lên Bộ thu dòng điện và sấy khô trong lò lớn để làm bay hơi dung môi. Ngược lại, quá trình khô sử dụng các vật liệu hoạt tính và phụ gia tương tự nhưng sử dụng chất kết dính fluoropolymer tiên tiến, như Teflon™, Tạo thành một lớp phủ mà không cần dung môi. Thông qua một quá trình gọi là rung, các chất kết dính này tạo ra một màng điện cực gắn kết trong quá trình trộn và nung, được áp dụng trực tiếp vào bộ thu dòng điện. Phương pháp không dung môi này giúp đơn giản hóa việc sản xuất và phù hợp với sự thúc đẩy của ngành công nghệ xanh hơn.
Lớp phủ điện cực khô mang lại những lợi ích hấp dẫn trên các khía cạnh môi trường, kinh tế và hiệu suất, khiến nó trở thành một công cụ thay đổi cuộc chơi cho sản xuất pin. Với môi trường, nó giúp loại bỏ việc sử dụng các dung môi độc hại như nmp, gây ra Rủi Ro về sức khỏe và sinh thái và đòi hỏi các hệ thống phục hồi sử dụng nhiều năng lượng, dẫn đến quy trình sản xuất sạch hơn với lượng khí thải giảm. Về mặt kinh tế, quy trình khô làm giảm đáng kể chi phí bằng cách yêu cầu không gian sàn nhà máy ít hơn tới 10 lần so với phương pháp ướt, do không có lò sấy lớn, dẫn đến tiết kiệm đáng kể chi phí vốn và chi phí hoạt động. Từ góc độ hiệu suất, lớp phủ khô cho phép các điện cực dày hơn, có thể tăng mật độ năng lượng và có khả năng cải thiện tốc độ sạc, với các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy hiệu suất cạnh tranh ở tải trọng cao hơn 8-9 miliamp giờ trên mỗi cm vuông so với 3-4 cho các phương pháp ướt. Những ưu điểm này định vị lớp phủ khô như một công nghệ biến đổi để sản xuất pin bền vững.
Việc áp dụng lớp phủ điện cực khô đang tiến triển qua nhiều giai đoạn khác nhau, từ nghiên cứu đến sản xuất thương mại, với một số công ty hàng đầu trong ngành dẫn đầu. Chẳng hạn, Tesla đã công bố cam kết xử lý điện cực khô cho 4680 tế bào trong ngày pin 2020, đạt được Sản lượng thương mại vào năm 2023, như đã được xác nhận trong ngày nhà đầu tư. Các công ty lớn khác, như powerco (công ty con của Volkswagen) và LG Energy Solutions, cũng đã công bố kế hoạch triển khai và mở rộng công nghệ điện cực khô trên các cơ sở sản xuất của họ. Hiện tại, ngành công nghiệp này trải dài toàn bộ sự phát triển, với một số nhà sản xuất ở các giai đoạn thí điểm hoặc thí điểm và những nhà sản xuất khác tiến tới sản xuất toàn diện. Trong hai đến năm năm tới, công nghệ này dự kiến sẽ được áp dụng rộng rãi hơn khi các quy trình trưởng thành và khả năng mở rộng được cải thiện.
Mở rộng lớp phủ điện cực khô để sử dụng rộng rãi trong thương mại bao gồm vượt qua một số rào cản kỹ thuật, đặc biệt liên quan đến hiệu suất chất kết dính và tối ưu hóa quy trình. Một thách thức quan trọng là đảm bảo trộn và cán đều để đạt được Cấu trúc điện cực nhất quán, vì bột khô khó trộn đồng nhất hơn so với bùn ướt. Quá trình rung, được thúc đẩy bởi các chất kết dính (PTFE), rất quan trọng nhưng đòi hỏi phải kiểm soát chính xác để tạo thành một mạng lưới fibril mạnh mẽ, một nguyên tắc chemours đã nghiên cứu rộng rãi, rút ra từ các ứng dụng như băng keo của thợ sửa ống nước. Về phía cực âm, độ ổn định oxy hóa của PTFE Hỗ trợ các ứng dụng điện áp cao, nhưng về phía cực dương, các vấn đề ổn định giảm có thể hạn chế hiệu quả của PTFE truyền thống, thúc đẩy nghiên cứu liên tục về hóa trị polymer thay thếBánh ngọt. Độ bám dính với các nhà thu gom hiện tại là một rào cản khác, với ngành công nghiệp hiện đang dựa vào các nhà thu gom được phủ carbon, mặc dù chemours đang khám phá các polyme biến tính để cho phép cán trực tiếp, điều này có thể làm giảm chi phí hơn nữa. Ngoài ra, giảm thiểu các vật liệu không hoạt động, chẳng hạn như chất kết dính, với các mức tương đương với các quy trình ướt (dưới 2% hoặc thậm Chí 1%) đòi hỏi tối ưu hóa quy trình tiên tiến để duy trì tính toàn vẹn cấu trúc với hàm lượng chất kết dính tối thiểu.
Đạt được lớp phủ đồng nhất trên các bề mặt điện cực lớn là một thách thức quan trọng đối với quá trình xử lý điện cực khô, mặc dù nó có một số điểm tương đồng với các phương pháp ướt. Trong quá trình xử lý ướt, độ nhớt của bùn và hàm lượng chất rắn được kiểm soát cẩn thận để đảm bảo tính đồng nhất, nhưng việc sấy khô có thể gây ra sự lắng đọng hạt, dẫn đến sự không nhất quán, đặc biệt là trong các điện cực dày hơn. Quá trình khô tránh được vấn đề này, vì một khi hỗn hợp bột đồng nhất được ép lên Bộ thu hiện tại, không có chuyển động hoặc lắng đọng các thành phần, đảm bảo lớp phủ ổn định. Để đạt được sự đồng nhất này, chemours hợp tác với các nhà sản xuất để phát triển các phương pháp phân tích để xác minh trộn bột, phù hợp cho cả R & D và môi trường sản xuất. Những phương pháp này nhằm cung cấp thông tin chi tiết theo thời gian thực, cho phép các nhà sản xuất duy trì chất lượng nhất quán mà không bị chậm trễ, một yếu tố quan trọng trong việc mở rộng quy mô công nghệ sản xuất gigafactory.
Chất kết dính fluoropolymer tiên tiến, Chẳng hạn như Teflon của hóa chất™PTFE, là trung tâm của lớp phủ điện cực khô, cho phép quá trình không dung môi thông qua các đặc tính rung độc đáo của chúng. Chemours cung cấp một loạt các chất kết dính dựa trên PTFE với trọng lượng phân tử và kiến trúc Polymer khác nhau, phù hợp với các phương pháp sản xuất khác nhau, chẳng hạn như trộn hàng loạt hoặc trộn liên tục, để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng. Hiểu và kiểm soát các đặc tính rung là rất quan trọng để tối ưu hóa các tính chất cơ học của màng điện cực, đảm bảo độ bền và hiệu suất. Là nhà sản xuất fluoropolymer duy nhất có các địa điểm sản xuất ở Mỹ, Châu Âu và Châu Á-Thái Bình Dương, chemours có vị trí tốt để hỗ trợ quy mô toàn cầu với chất lượng phù hợp và các tiêu chuẩn sản xuất có trách nhiệm, cung cấp chuỗi cung ứng đáng tin cậy cho các nhà sản xuất pin trên toàn thế giới.
Các Quy Định được đề xuất ở Châu Âu nhắm mục tiêu các chất PER-và polyfluoroalkyl (pfas), bao gồm PTFE, đã đặt ra Câu Hỏi Về Tương lai của fluoropolyme trong sản xuất pin. Chemours Hỗ trợ các quy định dựa trên khoa học, dựa trên dữ liệu và đang tích cực làm việc để giải quyết các mối quan tâm về môi trường. Công ty đầu tư đáng kể vào việc xác định và kiểm soát lượng khí thải từ sản xuất fluoropolymer, Lắp Đặt Hệ Thống Giảm thiểu và phát triển các công nghệ sản xuất thay thế để đáp ứng các yêu cầu quy định. Đáng chú ý, Các Quy Định này cũng có thể tác động đến pvdf, một fluoropolymer được sử dụng trong các quy trình bùn ướt, làm nổi bật sự liên quan rộng hơn đến ngành công nghiệp pin. Fluoropolymers vẫn cần thiết cho pin lithium-ion và quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch, và chemours cam kết thực hành Sản xuất có trách nhiệm để đảm bảo việc sử dụng liên tục trong khi giải quyết các Thách Thức Pháp lý.
Công nghệ phủ điện cực khô được thiết lập để xác định lại việc sản xuất pin Lithium-ion bằng cách cung cấp pin xanh hơn, tiết kiệm chi phí hơn và hiệu suất cao hơn. Bằng cách loại bỏ dung môi độc hại, Giảm Dấu Chân nhà máy và cho phép các điện cực dày hơn, Quá trình này giải quyết các thách thức kinh tế và môi trường quan trọng đồng thời tăng cường khả năng sử dụng pin. Mặc dù có rào cản trong việc mở rộng quy mô, chẳng hạn như đạt được lớp phủ đồng nhất và tối ưu hóa độ ổn định bên cực dương, những tiến bộ trong chất kết dính fluoropolymer và công nghệ xử lý đang mở đường cho việc áp dụng rộng hơn. Với các nhà lãnh đạo ngành công nghiệp như Tesla, powerco và LG Energy Solutions chấp nhận công nghệ và hóa chất thúc đẩy sự đổi mới trong phát triển chất kết dính, lớp phủ điện cực khô sẵn sàng đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp một tương lai bền vững cho xe điện và lưu trữ năng lượng.
Tiếp theo
English
日本語
한국어
français
Deutsch
Español
italiano
русский
português
العربية
tiếng việt
