锂离子电池的阴极材料对于电动汽车的运行至关重要，但其生产过程总是涉及复杂且耗水的工艺。不过，最近研究人员取得了进展，他们创造了一种新技术，利用全干合成和岩盐氧化物可以制造出更好的电池。这可以大大降低制造成本和环境影响。
达尔豪斯大学的研究人员在开发NMC622正极材料的全干法合成方法方面取得了重大进展。与传统方法相比，该工艺有望降低成本并最大限度地减少对环境的影响。
该研究重点在于利用岩盐（RS）氧化物前驱体制备NMC622正极材料。他们将该方法与传统的氢氧化物前驱体（HP）方法进行了比较，并研究了各种合成条件的影响。
关键亮点
- 使用 RS 前体的全干合成有望实现 经济高效且环保的阴极生产.
- 该工艺需要更多的锂来补偿蒸发损失并提高成分均匀性。
- 液态 Li2CO3 在合成过程中充当助熔剂， 提高结晶度 以及RS前体的快速锂化。
- 由 RS 前体制成的 NMC 20% 过量锂 显示出与由HP前驱体制成的NMC相似的初始库仑效率、极化和容量保持率。
“制造锂离子电池正极材料需要消耗大量能源和水，并且会产生废物。它对环境的影响最大，尤其是电池的二氧化碳排放量， ”马克·奥布罗瓦克博士说。
研究人员采用不同的表征技术分析了合成材料的结构和形态特性，例如：
- X射线衍射（XRD）
- 扫描电子显微镜 (SEM)
- 能量色散 X 射线光谱 (EDS)
他们发现，最好的阴极材料是由粒径约为5微米的单晶制成的。通过精细调整原料和加热条件，研究团队采用全干法工艺制备出了质量相近的阴极材料。这些阴极材料的性能可与目前市场上顶级产品媲美。
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挑战
- 当加热至 723° C 以下时，锂与 RS 前体的反应速度比 HP 前体慢。
- 采用 RS 前驱体制成的 NMC 电池成分不太均匀，因此与采用 HP 前驱体制成的电池相比，容量较低。
- 为了生产出更好的电池，研究人员需要使RS前体方法中锂的反应更加一致、更快。
正在进行的潜在行动
奥布罗瓦克博士与新斯科舍省的电池公司NOVONIX建立了合作关系。他们正在位于达特茅斯的试验工厂采用全干法生产正极材料。该工厂每年可生产10吨正极材料。
与传统湿法相比，其工艺具有以下优势：
- 安装成本降低 30%
- 运行成本降低 50%
- 能源消耗减少 25%
- 无需处理水
- 零废物产生
“这些数字非常大，这标志着电池材料生产方式的重大变革。这将降低电池的整体成本，并大幅减少其对全球变暖的影响， ”马克·奥布罗瓦克博士补充道。
结语
这种方法在使电池生产更加环保和经济实惠方面具有巨大潜力。尽管障碍仍然存在，但电动汽车行业仍可从中受益匪浅。随着研究的继续，这种创新方法在推进可持续电池技术方面的重要性可能会得到证实。
