新的制造工艺生产出更好更便宜的锂离子电池阴极

能源部橡树岭国家实验室的研究人员开发了一种生产锂离子电池关键部件的新方法。其结果是通过使用毒性更低的材料的更快、更少浪费的工艺生产出更实惠的电池。

锂离子电池——用于从电器到手机的产品，以及大多数电动汽车——由阴极和阳极组成，中间有电解质。在将化学能转化为电能的反应中，离子通过电解质从阳极移动到阴极。

脱碳的推动和对电动汽车的需求增加了对可持续生产高能量阴极的关注。然而，传统加工带来了挑战。

第一个障碍是对钴的依赖，钴是一种在国外开采和提炼的稀有金属。这种对外国来源的依赖给美国制造业供应链和运输基础设施带来了风险。

钴的可用性并不是唯一的并发症。阴极中常见的其他金属的平衡也会使制造过程更长、更危险。例如，高镍浓度导致阴极生产中广泛使用化学混合方法，该方法需要大量氨来进行腐蚀反应。使用有毒化学品会增加成本，加剧健康和环境问题，并浪费大量水来降低酸度。

ORNL的研究人员在《电源杂志》上报告说，他们已经开发出一种更清洁、更便宜、更有效的方法来制造一种新型的不含钴的高容量阴极材料。他们的水热合成方法不是在反应器中连续搅拌阴极材料和化学物质，而是使用溶解在乙醇中的金属使阴极结晶。乙醇比氨更安全地储存和处理，之后可以蒸馏和重复使用。

该项目的首席研究员ORNL的IliasBelharouak说：“这种新颖的工艺提供了关键优势，可以将阴极行业转向更清洁、更具成本竞争力的生产，同时减轻我们的环境负担。”

ORNL首席研究员RachidEssehli说，水热合成法也快得多。制造颗粒和准备下一批阴极所需的时间从几天减少到12小时。

此外，Essehli说，所生产的材料具有更均匀、圆形、紧密堆积的颗粒，非常适合阴极。尽管ORNL团队之前已经确定了其他有效的无钴组合，但通过本研究开发的材料更能在整个电池充电周期内保持稳定性。

由于其特性类似于当今的钴基阴极，因此这种新材料可以无缝集成到现有的电池制造工艺中。Essehli说，该技术正在申请专利，准备扩大工业规模以进行商业生产。“这种阴极材料可以提供更多能量并降低电动汽车电池的成本，”他说。

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