如何制造更好的电池阴极
时间:2021-12-22 09:58来源:中国化学与物理电源行业协会 作者:综合报道
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伍斯特理工学院（Worcester Polytechnic Institute）研究人员Yan Wang发现回收的阴极材料性能优于那些由原始材料制成的阴极材料性能。
在第26届联合国气候变化大会上（COP26），戴姆勒，福特和大众以及中国比亚迪承诺到2035年只生产电动汽车。技术进步使这成为一个现实的前景，但获得如此多电动汽车所需原材料的能力仍然令人怀疑。
正如电池回收Redwood Materials公司制定的计划，通过回收废旧电池并将这些材料作为循环经济的一部分进行再利用，或许可以缓解供应的局势。但是当制作新电池的时候，回收的材料可以达到与原材料一样的效果吗？
伍斯特理工学院Yan Wang教授在他的论文“回收的阴极材料使锂离子电池具有优异的性能”中提出上述问题。论文题目透露出Yan Wang教授的发现，事实上，回收的材料在制作电池阴极时更胜于原始材料阴极。
Yan Wang教授说：“随着锂离子电池的需求日渐增加，从使用过的电池中回收材料是非常重要的，特别是电动汽车上的电池。电池制造商想了解回收的阴极材料是否并不亚于新阴极材料。这项研究表明回收材料在电化学方面与一级供应商提供的原始、最先进的阴极材料相媲美或超越。”
Wang与万向公司（A123 Systems）、Battery Resourcers、阿公国家实验室（Argonne National Laboratory）、莱斯大学（Rice University）、布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）和美国先进电池联盟（USABC）共同合作完成该论文。
我们打电话与Wang教授聊天中，了解他的发现。
伍斯特理工学院研究员Yan Wang在他的实验室。
为什么电池的回收材料如此重要？
Yan Wang：首先，回收利用废旧电池的有毒成分可以减少对环境的污染。第二，由于道德问题和开采难度，原材料非常有限。随着电动汽车的快速发展，需求将很快超过供应速度。因此，为了保护环境、减少锂离子电池成本、缓解供应链压力，回收电池材料是非常重要的一步。
使用回收材料的潜在成本效益是什么？
Yan Wang: 根据一些预测，节省的成本可以达到由原材料制成的阴极材料成本的43%，使锂离子电池成本下降。
回收材料过程是否遇到困难？您是如何克服这些障碍的？
Yan Wang: 主要的困难是阴极材料的分类和再生。如我们所知，市场中的锂离子电池种类有很多。基于一些机密性，制造商不会在电池上贴标签注明，由于废旧电池的材料不同，可能会引入杂质。
我们的团队使用粉碎过程来避免分类步骤。然后，我们通过调整酸碱度来去除杂质。另一个困难是因为回收的溶液比原始材料的溶液更复杂。
经过一系列的处理以后，回收溶液比未经处理溶液含有更多的离子。因此，对于怎么利用回收生产好的阴极材料是一个巨大的挑战。我们做了很多试验来获得回收溶液的最佳参数。
对于大量工业用途来说，这个过程合适吗？
Yan Wang:自从我们开发了回收流程，可扩展性也在我们的思考范围内。事实上，伍斯特理工学院旗下的Battery Resources公司正在商业化。
使用回收的阴极材料制成的电池性能v.s使用未经处理材料的材料制成的电池性能
Yan Wang: 在报告中发现，回收的镍锰钴氧化物（NMC111）具有回收材料的最佳循环寿命，能够在80%和70%的容量保持率下进行4200次循环和11600次循环，比最先进的商用NMC111分别高出超出33%和53%。同时，在5C放电倍率下，NMC111比市面上其他的高出88.6%。
造成差异的原因是什么？优化这一机制可以获得什么更大收益的机会呢？
Yan Wang: 回收材料具有更大表面积、累积孔体积和更大内部空隙的优化微观结构，这提供了更高的锂化学扩散系数并减轻了循环过程中的应变，这导致更少的相变并有利于优异的性能。这种优化应该得益于复杂的循环溶液，它含有更多的其他离子。
中国化学与物理电源行业协会 杨柳翻译
2021.12.1
(责任编辑：子蕊)
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