左：Nano One研發(fā)總監(jiān)Lida Hadidi

右：Nano One首席技術(shù)官Stephen Campbell

Nano One的系統(tǒng)可以簡化陰極生產(chǎn)，并且可以改善更可持續(xù)鋰離子電池的成本和性能。

世界各國領(lǐng)導(dǎo)人正在推動采用電動汽車來阻止氣候變化。然而，電動汽車電池的制造使用對環(huán)境有重大影響的材料和制造工藝，這導(dǎo)致科學(xué)家們嘗試尋找與采用新技術(shù)，以創(chuàng)造更可持續(xù)的解決方案。

Nano One已經(jīng)參與其中。這家總部位于加拿大的公司的目標(biāo)是提高用于鋰離子電池的更可持續(xù)的陰極的成本和性能。

根據(jù)Nano One的網(wǎng)站信息，其核心任務(wù)是創(chuàng)建全球新一代電池材料生產(chǎn)的領(lǐng)先平臺。公司正在開發(fā)一種稱為One-Pot工藝的制造技術(shù)。該工藝簡化新型陰極材料的生產(chǎn)，從而降低成本，同時提高電池性能。

簡化制造

鋰離子電池技術(shù)如今無處不在，鋰通過多晶結(jié)構(gòu)在陰極中循環(huán)。然而，陰極在電池內(nèi)部更容易發(fā)生其他反應(yīng)，這會威脅到設(shè)備的健康與壽命。

科學(xué)人員通過對多晶結(jié)構(gòu)的陰極包覆材料，以阻止不必要的反應(yīng)，從而解決了這個問題。然而，該工藝增加了電池整體制造的復(fù)雜性和成本。此外，隨著時間的推移，充電損壞涂層，使電池暴露副反應(yīng)中，而涂層就是為了阻止發(fā)生類似的事。

使用單晶體材料的陰極可以減少這種損害，然而制造它們增添了制造的成本與復(fù)雜性。Nano One表示，通過涂有鈮的的納米級晶體來形成陰極來解決這兩個問題，他們將兩種工藝結(jié)合在一起，因此被稱為“One-Pot”。

Nano One圖解說明其工藝是如何簡化陰極生產(chǎn)，同時減少浪費的。

該公司表示，工藝將鋰與涂層和其他金屬混合成前體粉末。然后在窯中加熱轉(zhuǎn)化為涂敷的單納米晶體，而無序額外在當(dāng)前陰極制造過程中的增條額外步驟。

Nano One表示，鈮涂層保護陰極免受有害副反應(yīng)的影響，否則會導(dǎo)致性能快速下降?？偠灾?，One-Pot工藝簡化步驟，并消除了浪費的副產(chǎn)品，同時可以使陰極壽命更長、性能更好。

材料兼容性

目前，有兩種陰極活性材料用于鋰離子電池。最常見的是鋰、鎳、錳、鈷鋰化過渡金屬氧化物，被稱為NMC。

另一種活性材料是磷酸鐵鋰，使用范圍較少，其中包含鋰、鐵與磷，被稱為LFP。研究人員表示，這種活性材料很可能會得到更廣泛的應(yīng)用，因為與鎳鈷錳電池中使用的金屬相比，鐵的成本更低，供應(yīng)鏈?zhǔn)芟薷伲褂眠@種材料的陰極也更加安全耐用。

然而，磷酸鐵鋰基陰極的其中一個缺點是它們不能像鎳錳鈷氧化物一樣導(dǎo)電，這一特性對電池內(nèi)部的功能是至關(guān)重要的。然而，他們表示，科學(xué)人員通過用導(dǎo)電碳涂層來解決這個問題，成為了這種陰極的標(biāo)準(zhǔn)。

研究人員認(rèn)為鎳錳鈷陰極將成為長途電動汽車應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，而那些使用磷酸鐵鋰的將更適合工業(yè)、可再生能源儲存以及大眾市場短距離和中長距離城市車輛中更重負(fù)荷、成本敏感的應(yīng)用。Nano One認(rèn)為One-Pot工藝可適用于這兩種類型的陰極。

Nano One目前正在大規(guī)模擴展北美、歐洲以及其他新興國家的商業(yè)化平臺。該公司正在收購Johnson Matthey Battery Materials Canada，并宣布與Rio Tinto和巴斯夫合作。最近，該公司從加拿大可持續(xù)發(fā)展技術(shù)(SDTC)和不列顛哥倫比亞省創(chuàng)新清潔能源(BC-ICE)基金獲得了180萬加元的資金，用于該技術(shù)發(fā)展的第四個也是最后一個里程碑。

中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會 楊柳翻譯

2022.10.28