本文是一篇综述性论文，题为《工程化干电极制造用于可持续锂离子电池》，由Mohamed Djihad Bouguern、Anil Kumar Madikere Raghuunatha Reddy、Xia Li、Sixu Deng、Harriet Laryea和Karim Zaghib共同撰写，发表于2024年1月22日的《Batteries》期刊。该论文由加拿大蒙特利尔康考迪亚大学化学与材料工程系的研究团队完成，主要探讨了锂离子电池（LIBs）制造中的干电极技术，旨在推动可持续能源存储技术的发展。
随着电动汽车和固定式储能系统的快速发展，锂离子电池的需求持续增长。然而，传统的湿法电极制造工艺存在诸多问题，如高成本、高能耗、环境污染等。湿法工艺中使用的溶剂（如N-甲基吡咯烷酮，NMP）不仅昂贵，还对环境和人体健康有害。因此，开发无溶剂的干电极制造技术成为当前研究的热点。本文综述了干电极技术的优势及其在锂离子电池制造中的应用，重点探讨了三种主要的干法工艺：挤出法、粘合剂纤维化法和干喷涂沉积法。
干电极技术通过消除溶剂的使用，显著减少了制造过程中的能源消耗和环境污染。其主要优势包括： 1. 成本降低：干法工艺无需溶剂回收和干燥步骤，减少了设备投资和运营成本。 2. 能耗减少：湿法工艺中溶剂蒸发和回收消耗大量能源，而干法工艺则避免了这些步骤。 3. 环境友好：干法工艺减少了有害溶剂的使用和排放，降低了二氧化碳排放。 4. 生产效率提高：干法工艺的生产时间显著缩短，提高了制造效率。 5. 电极性能提升：干法工艺能够制造出具有更高机械强度和更均匀结构的电极，从而提升电池的电化学性能。
本文详细介绍了三种干电极制造方法： 1. 挤出法：通过热熔挤出技术将活性材料、导电剂和粘合剂混合并形成均匀的电极膜。该方法具有高生产效率和良好的电极均匀性。 2. 粘合剂纤维化法：通过机械或化学方法将粘合剂纤维化，形成自支撑的电极结构。这种方法能够减少粘合剂的使用量，同时提高电极的机械强度。 3. 干喷涂沉积法：利用静电喷涂技术将干粉材料直接沉积在集流体上，形成电极层。该方法具有高精度和可控性，适用于大规模生产。
干电极技术在锂离子电池制造中的应用前景广阔，尤其是在高能量密度电池和大规模生产中。然而，该技术仍面临一些挑战，如如何确保电极材料的均匀性、如何优化工艺参数以提高电极性能等。本文通过对比干法工艺和传统湿法工艺的电极性能，展示了干法工艺在电化学性能、机械强度和循环寿命方面的优势。
本文的综述为锂离子电池制造领域的科研人员和工程师提供了重要的参考。干电极技术不仅能够降低生产成本和环境影响，还能提升电池的性能和安全性，具有显著的科学和应用价值。随着技术的不断进步，干电极工艺有望成为未来锂离子电池制造的主流方法，推动电动汽车和可再生能源存储系统的进一步发展。
本文的亮点在于全面总结了干电极技术的优势及其在锂离子电池制造中的应用，详细分析了三种干法工艺的原理、流程和关键参数。此外，本文还通过对比干法工艺和湿法工艺的电极性能，展示了干法工艺在成本、能耗、环境友好性和电极性能方面的显著优势。这些发现为锂离子电池制造技术的创新和优化提供了重要的理论依据和实践指导。