中國粉體網訊 傳統的濕法電極制作過程中，一方面，勻漿會用到有毒的溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)，NMP的回收設備昂貴且能耗巨大，還會有部分泄漏到環境中，對人體健康和環境造成危害；另一方面，無論采用何種溶劑，均需烘箱蒸發，不僅占用大量場地空間，而且能耗巨大。此外，濕法電極的涂覆厚度受限，涂覆太厚，極片在烘干過程容易開裂、剝落。
針對上述濕法電極工藝的缺陷，工程技術人員在不斷探索無溶劑化電極制作過程，目前主要采用的粉末擠壓成型法和靜電噴涂法，均實現了電極材料間的固相包覆及電極片的固態制備。
粉末擠壓成型法
郭德超等用粉末擠壓成型法制備NCM811干法電極片。將NCM811、導電炭黑C65和黏結劑PTFE粉末按質量比91:3:6混合，用超高速氣流剪切分散均勻后，進行2次熱輥壓，得到90μm厚的自支撐電極膜。將電極膜雙面置于涂碳鋁箔表面，用熱輥壓機在180℃下固化，實現電極膜與集流體的粘接，得到壓實密度為3.50 g/cm、190μm厚的干法電極片。
SEM分析結果表明，與傳統濕法電極不同，干法電極中纖維狀的PTFE廣泛分布在NCM811顆粒的周圍，形成三維包覆網絡，顆粒之間有大量的細小孔隙，為電解液的浸潤提供了通道。采用該干法電極片組裝的軟包裝全電池，在25℃下、以1C循環500次，容量保持率為94.89%，較濕法電極電池提高了5.05%。
此外，經過500次循環，濕法電極中NCM811顆粒的表面和內部均出現了不同程度的裂紋，而干法電極中活性材料的裂紋較少。循環前后，干法電極中PTFE的纖維結構變化不明顯，表明PTFE的纖維網絡結構可增強電極材料結構在長期循環過程中的穩定性，因此，干法電極的循環性能優于濕法電極。
粉末擠壓成型法的技術核心在于粉末混合過程中實現黏結劑的纖維化，以形成自支撐的干態電極膜。目前的研究均采用黏結劑PTFE，但添加量大(質量分數超過5%)，需開發可替代的黏結劑，降低用量，以提升電極的比能量。
靜電噴涂法
Al-Shroofy等人通過靜電噴涂干粉的方式制備了LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2(NMC)干法電極。整個過程消除了揮發性有機溶劑的排放，并將熱固化時間從幾小時縮短到幾分鐘。電極靜電干粉涂裝裝置如下圖所示，NMC活性顆粒、炭黑導電劑和PVDF粘結劑的粉末混合物在靜電的作用下被噴灑到接地的鋁箔(15μm厚)上，噴槍和鋁箔之間的直流電壓設置為25kV，噴涂層的厚度由噴涂時間確定。
靜電噴涂
將干粉涂層電極轉移到烤箱中并在170℃的空氣加熱1h，然后在室溫下壓延至最終厚度。電池性能測試結果表明，與傳統的漿料涂層電極相比，干法電極工藝噴涂的NMC電極的內阻相差不大，循環性能穩定，容量保持率更高。獲得了均勻的厚度和孔隙率可控的電極。
靜電噴涂法電極技術，可沿用濕法電極的材料體系配方，但該技術尚處于實驗室研究階段，要解決實現批量化生產、產品的一致性控制、噴涂過程中的粉塵控制等問題，與產業化應用仍有距離。
干法電極在固態電池中的應用
王晶通過稱取一定比例的NCM83、Li3InCl6和PTFE在研缽內混合均勻，之后轉移到鋼質模具中在350MPa的壓強下混合使PTEF纖維化，最后再壓制成型，得到PTFE干法電極。該電極可以準確獲得極片活性物質的質量，使得正極顆粒與電解質之間，顆粒與顆粒之間連接得更加緊密；有效減緩充放電過程中體積變化造成的正極與電解質之間接觸失活。
添加PTFE制備的電極整體結構，活性物質顆粒與顆粒的間隙中充著Li3InCl6固態電解質，并且空隙相比于粉末制備的少很多，而且活性物質顆粒分布也更均勻。PTFE制備的電極正極材料與電解質接觸得更加緊密，由截面可以更直觀地看到正極顆粒周圍大部分被固態電解質填充，保持了良好的傳輸通道。
資料來源：
[1]王晶：高鎳三元材料在鹵化物基固態電池中的性能衰減機理及其優化策略，北京有色金屬研究總院
[2]郭德超等：鋰離子電池用無溶劑干法電極的制備及其性能研究，東莞東陽光科研發有限公司
[3]張冬冬等：干法電極制備技術的研究現狀，萬向一二三股份公司
[4]沈白承：柔性鋰離子電池用PTFE基干法電極的制備及性能研究，哈爾濱工業大學
（中國粉體網編輯整理/平安）
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