无粘结剂化实现20%降本 车载电池降本救星？

日本电池研究公司B3的高级副总裁Takeshi Miyamoto先生表示，“如果TCO:电动汽车(EV)的总拥有成本(TCO)与传统内燃机(ice)汽车相当，电池组价格可能需要低于80美元/千瓦时。”然而，EV电池组的价格并没有像预期的那样下降。根据麦肯锡高级分析师Nicolo Campagnol先生的说法，最有可能的情况是，2020年每千瓦时电池组价格将为165美元，2025年为115美元，2030年为90美元。电池行业需要找到降低成本的新方法。2019年10月下旬在千叶县浦山市举行的“先进汽车会议亚洲2019 (AABC亚洲2019)”研讨会上，使用了具有三维结构的碳材料代替粘合剂。美国纳米实验室Nanoramic Laboratories的首席技术官NicoloBrambilla先生(图1)强调，“我们可以将每千瓦高能量密度锂离子电池(电池)的价格降低至少20%。”图1:1:nano ramic Lab的CTO Nicolo Brambilla(图片来源:Nikkei XTECH)Nicolo先生表示，他的公司正在开发一种新的电池制造工艺，以实现LIB电池极片，而不使用传统的树脂粘合剂。通常在LIB极片的制备中，除了添加碳基材料作为导电剂外，还需要树脂粘结剂来保证极片的机械强度。因为树脂粘合剂是电绝缘体，它将对增加电池的能量密度产生不利影响。该公司通过使用具有三维结构的碳材料来消除树脂粘合剂。据Nicolo先生介绍，由于碳材料可以牢固地保持活性材料，因此可以省略树脂粘合剂，并且由于碳材料具有优异的导电性，因此不需要添加其他导电添加剂。据说可以实现97-99.5%的电极混合浆料是活性材料。此外，据说电极混合物层可以制成150微米至200微米的厚度，从而可以将更多的活性材料结合到电池中。然而，在集电器上涂覆电极混合物层的常规电池制备方法中，由于电极混合物层中的裂纹，厚度限制为约70微米至100微米。电池成本能降低的原因之一是提高了能量密度。另外降低制造成本，通过以上两点，至少降低20%的成本。Nicolo先生的解释是，如果分解一般的电池成本，大概是材料成本的62%，制造成本的16%，利润的17%，税收的5%。他指出，在传统的LIB电池制造工艺中，将电极糊涂在作为集流体的金属箔上后，需要3~6分钟干燥溶剂，最后制成电极片，这是目前主要的制造瓶颈。可以说，这一过程的产量取决于干燥速度和干燥炉的长度。公司开发的工艺淘汰树脂胶新技术可以利用现有的卷对卷涂布设备。使用任何溶剂(如异丙醇(IPA)、水基混合物或不可燃的低污染溶剂)，干燥时间可缩短至1-3分钟，从而提高产量至少2倍。除了不需要形成树脂表面之外，上述效果可能主要与碳材料的结构有关。结果据说电池制造成本降低了25%，电池材料成本降低了5%。此外，该公司还解释说，用于LIB的无粘合剂电极技术适用于正极和负极板。无粘结剂Si阳极此外，还出现了以无粘结剂Si阳极材料为目标的公司。这份声明是雷诺、日产和三菱的战略投资初创公司Enevate做出的。在今年的AABC亚洲2019上，Enevate公司高级副总裁Jarvis Tou先生(图2)表示，公司Si阳极材料成本达到天然石墨的3/4，人造石墨的3/4，天然石墨和氧化硅(SiO)的1/2，人造石墨和SiO x的6/11图2:Enevate公司高级副总裁Jarvis Tou(图片来源:Nikkei xTECH) 除了硅本身不是一种非常昂贵的材料之外，它还具有作为负极材料的高容量密度的效果，并且在多孔之后，硅的使用使得有可能消除粘合剂和……吸收充放电过程中负极的体积变化。公司的硅阳极是一种多孔单晶硅，加工成单层薄膜，可以实现电池1000 Wh/L的体积能量密度，350 Wh/kg以上的质量能量密度。由于在没有粘合剂的情况下操作，负电极中活性物质的比例为100%，负电极的厚度可以减小到大约65-80%。但公司并未透露原因，似乎是混入了少量碳材料的原因。然而，电解液和添加剂抑制了硅表面的副反应。在使用三元NCM(镍、钴、锰酸锂)作为正极制成的原型电池的充电测试中，当在23℃下以7C倍率充放电和在-20℃下以7C倍率充放电时，充电容量保持良好，并且没有观察到劣化。同时，该公司使用NCM阳极，容量为2Ah的原型电池，也表现出优异的快速充电性能，5分钟可充电75%。日本电池研究公司B3的高级副总裁Takeshi Miyamoto先生表示，“如果TCO:电动汽车(EV)的总拥有成本(TCO)与传统内燃机(ice)汽车相当，电池组价格可能需要低于80美元/千瓦时。”然而，EV电池组的价格并没有像预期的那样下降。根据麦肯锡高级分析师Nicolo Campagnol先生的说法，最有可能的情况是，2020年每千瓦时电池组价格将为165美元，2025年为115美元，2030年为90美元。电池行业需要找到降低成本的新方法。2019年10月下旬在千叶县浦山市举行的“先进汽车会议亚洲2019 (AABC亚洲2019)”研讨会上，使用了具有三维结构的碳材料代替粘合剂。美国纳米实验室Nanoramic Laboratories的首席技术官NicoloBrambilla先生(图1)强调，“我们可以将每千瓦高能量密度锂离子电池(电池)的价格降低至少20%。”图1:1:nano ramic Lab的CTO Nicolo Brambilla(图片来源:Nikkei XTECH)Nicolo先生表示，他的公司正在开发一种新的电池制造工艺，以实现LIB电池极片，而不使用传统的树脂粘合剂。通常在LIB极片的制备中，除了添加碳基材料作为导电剂外，还需要树脂粘结剂来保证极片的机械强度。因为树脂粘合剂是电绝缘体，它将对增加电池的能量密度产生不利影响。该公司通过使用具有三维结构的碳材料来消除树脂粘合剂。据Nicolo先生介绍，由于碳材料可以牢固地保持活性材料，因此可以省略树脂粘合剂，并且由于碳材料具有优异的导电性，因此不需要添加其他导电添加剂。据说可以实现97-99.5%的电极混合浆料是活性材料。此外，据说电极混合物层可以制成150微米至200微米的厚度，从而可以将更多的活性材料结合到电池中。然而，在集电器上涂覆电极混合物层的常规电池制备方法中，由于电极混合物层中的裂纹，厚度限制为约70微米至100微米。电池成本能降低的原因之一是提高了能量密度。另外降低制造成本，通过以上两点，至少降低20%的成本。Nicolo先生的解释是，如果分解一般的电池成本，大概是材料成本的62%，制造成本的16%，利润的17%，税收的5%。他指出，在传统的LIB电池制造工艺中，将电极糊涂在作为集流体的金属箔上后，需要3~6分钟干燥溶剂，最后制成电极片，这是目前主要的制造瓶颈。可以说，这一过程的产量取决于干燥速度和干燥炉的长度。公司开发的工艺淘汰树脂胶新技术可以利用现有的卷对卷涂布设备。使用任何溶剂(如异丙醇(IPA)、水基混合物或不可燃的低污染溶剂)，干燥时间可缩短至1-3分钟，从而提高产量至少2倍。除了不需要形成树脂表面的事实之外，上述效果可能主要是……与碳材料的结构有关。结果据说电池制造成本降低了25%，电池材料成本降低了5%。此外，该公司还解释说，用于LIB的无粘合剂电极技术适用于正极和负极板。无粘结剂Si阳极此外，还出现了以无粘结剂Si阳极材料为目标的公司。这份声明是雷诺、日产和三菱的战略投资初创公司Enevate做出的。在今年的AABC亚洲2019上，Enevate公司高级副总裁Jarvis Tou先生(图2)表示，公司Si阳极材料成本达到天然石墨的3/4，人造石墨的3/4，天然石墨和氧化硅(SiO)的1/2，人造石墨和SiO x的6/11图2:Enevate公司高级副总裁Jarvis Tou(图片来源:Nikkei xTECH) 除了硅本身不是很贵的材料之外，它作为负极材料还具有高容量密度的效果，并且多孔之后，硅的使用使得在充放电过程中消除粘合剂和吸收负极的体积变化成为可能。 公司的硅阳极是一种多孔单晶硅，加工成单层薄膜，可以实现电池1000 Wh/L的体积能量密度，350 Wh/kg以上的质量能量密度。由于在没有粘合剂的情况下操作，负电极中活性物质的比例为100%，负电极的厚度可以减小到大约65-80%。但公司并未透露原因，似乎是混入了少量碳材料的原因。然而，电解液和添加剂抑制了硅表面的副反应。在使用三元NCM(镍、钴、锰酸锂)作为正极制成的原型电池的充电测试中，当在23℃下以7C倍率充放电和在-20℃下以7C倍率充放电时，充电容量保持良好，并且没有观察到劣化。同时，该公司使用NCM阳极，容量为2Ah的原型电池，也表现出优异的快速充电性能，5分钟可充电75%。

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