新工艺使电池生产更加环保

从燃油汽车转向电动汽车是减少碳排放的一种方式，但制造为电动汽车提供动力的锂离子电池本身可能是一个耗能且污染严重的过程。现在，达尔豪西大学的研究人员已经开发出一种更便宜、更环保的制造工艺。

“制造锂离子阴极材料需要大量的能源和水，并产生废物。它对环境的影响最大，尤其是电池的二氧化碳排放量，”达尔豪西大学化学系和物理与大气科学系教授马克·奥布罗瓦克博士说。

“我们想看看是否有更环保、更可持续且更便宜的方法来制造这些材料。”

大多数电动汽车电池使用锂镍锰钴氧化物 (NMC)，元素混合在阴极的晶体结构中。它们通常是通过将元素溶解在水中，然后使用元素聚集成固体时形成的晶体来制成的。

这一过程需要大量的水(然后必须对其进行处理以清洁)和能源，而能源是电池成本和碳足迹的主要来源。Obrovac 和他的团队利用萨斯喀彻温大学的加拿大光源 (CLS) 研究了他们是否可以使用全干法工艺来获得相同的结果，同时节省能源、水和金钱。

“我们想看看，如果你把干燥的材料用任何大型工厂里常见的简单工艺混合起来，然后加热，是否能得到同样的质量，”他说。“在什么条件下，你可以这样做，得到商业级材料，同时减少水和废物?”

由干材料制成的阴极有时不如在水中制成的阴极那么均匀，因此该团队尝试了多种方法，使用不同的氧化物和在不同温度和压力下的加热方式来确定最佳方法。

在进行这些不同的实验时，他们使用 CLS 的 Brockhouse 光束线观察炉内情况，以准确了解过程中发生的情况。“我们发现了有关如何改进工艺的重要信息，以便生产出更高级的 NMC 型阴极材料，”Obrovac 说。

目前市面上最高质量的阴极是由颗粒直径约为 5 微米的单晶制成的。通过仔细调整起始材料和炉子条件，Obrovac 团队能够使用全干工艺重现这些品质，使阴极材料可与当今市场上最好的阴极材料相媲美。

Obrovac 与位于新斯科舍省的电池公司 NOVONIX 合作，该公司在达特茅斯的中试工厂采用全干法工艺生产阴极材料。该工厂每年可生产 10 吨阴极材料，与传统(湿法)方法相比，该方法的资本成本估计可降低 30%，运营成本可降低 50%，能耗可降低 25%，同时不需要工艺用水，并且不会产生任何废物。

“这些数字非常大，这在很大程度上是这些电池材料生产的重大变革，”奥布罗瓦茨说。“这将导致电池整体成本降低，全球变暖足迹大幅减少。”

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