傳統(tǒng)的鋰離子電池電極濕法生產(chǎn)工藝需要消耗大量的溶劑，并且在溶劑的烘干過程中還需要消耗大量的能源，為了進(jìn)一步降低鋰離子電池生產(chǎn)成本，干法電極工藝近年來得到了廣泛的關(guān)注。不同于濕法電極生產(chǎn)工藝，干法電極工藝不使用溶劑，因此電極生產(chǎn)成本大幅降低。

  近日，美國肯塔基大學(xué)的Mohanad Al-Shroofy（第一作者，通訊作者）等人對干法工藝制備NCM111電極進(jìn)行了研究。

  從下圖a和b可以看到NMC顆粒再干法涂布前后形貌沒有發(fā)生顯著的改變，從下圖c可以看到干法工藝制備的電極再碾壓后，電極的變得更為致密，同時顆粒出現(xiàn)了一定的破損，濕法工藝的電極（下圖d）在碾壓后的破損現(xiàn)象稍微輕一些。

  下圖a和b為電極在碾壓后的干法NCM111電極的截面圖，下圖c為濕法NCM111電極的截面圖，可以看到兩種電極具有相似的形貌。

  作者對比了濕法工藝電極和干法工藝電極的電化學(xué)性能，電極的基本參數(shù)如下表1所示。從下圖中可以看到干法NMC111電極（下圖a）和濕法NCM111電極（下圖b）首次充放電曲線基本一致。
 

  下圖為干法NMC111電極在第1、10和20次循環(huán)的電壓曲線，從圖中能夠看到在第1次循環(huán)中NCM111材料的容量發(fā)揮約為155mAh/g，在第20次時為153mAh/g。下圖b中對比了干法工藝電極和濕法工藝電極的倍率性能，可以看到在0.2C、0.5C、1C、2C、5C、10C和1C倍率下，材料的容量分別為156、148、139、130、96、20和139 mAh/g，相比于濕法工藝電極在5C和10C倍率下，干法工藝電極具有一定的劣勢。

  下圖c中對比了干法工藝和濕法工藝電極的長期循環(huán)性能，可以看到干法電極初始容量為155mAh/g，在經(jīng)過300次循環(huán)后，剩余容量約為123mAh/g，容量保持率約為80%，相比之下，兩種高低涂布量的濕法工藝電極在經(jīng)過300次循環(huán)后容量保持率分別為60%和65%。
 

 

  下圖為循環(huán)后的干法電極（下圖a、b）和濕法電極（下圖c、d）在循環(huán)后的掃描電鏡圖片，從圖中能夠看到兩種電極在循環(huán)后都出現(xiàn)了明顯的裂紋，其中干法電極的裂紋相當(dāng)部分時出現(xiàn)在了顆粒的晶界處，而濕法工藝電極的裂紋則更多的出現(xiàn)在顆粒/粘結(jié)劑/導(dǎo)電劑的交界處。

 

      Mohanad Al-Shroofy的研究表明通過干法工藝，也能夠獲得電性能良好的電極，在循環(huán)壽命方面干法工藝電極甚至還具有一定的優(yōu)勢，但是在倍率性能方面干法工藝電極在大電流放電能力上有一定的差距。
 

  參考文獻(xiàn)

      Solvent-free dry powder coating process for low-cost manufacturing of LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ cathodes in lithium-ion batteries, Journal of Power Sources 352 (2017) 187-193, Mohanad Al-Shroofy, Qinglin Zhang, Jiagang Xu, Tao Chen, Aman Preet Kaur, Yang-Tse Cheng