KarlsruheInstitute of Technology (KIT)的研究人员已经开发并成功测试了一种两层电极同时涂覆和干燥的创新概念。干燥时间可缩短至20秒以下，相当于平时生产时间的一半，减少到三分之一，电池无容量损失。在这一概念的帮助下，锂离子电池的生产速度更快，成本更低。研究结果发表在《能源技术》杂志上。

多层电极截面的扫描电子显微镜:不同的活性材料用于层，并同时应用。来源：Joyce Schmatz, MaP - Microstructures and Pores GmbH, and JanaKumberg, KIT

电动汽车将是未来交通的关键。这将导致对大功率廉价电池的需求不断增长。在锂离子电池中，电极层具有决定性的重要性，因为这些活性材料储存能量。然而，涂层和随后的电极干燥造成电池生产成本的大部分。降低成本的巨大潜力在于过程工程。

参考浆液的低温- bib - sem显微图

以WilhelmSchabel教授和PhilipScharfer博士为首的薄膜技术(TFT)小组的研究人员已经在这一领域进行了多年的研究。他们已经成功地大大提高了涂覆速度，并开发了一种创新的干燥工艺。现在，该团队将涂层和干燥结合在一起。该研究结果发表在《能源技术》杂志上，主要作者是KIT的博士研究员Jana Kumberg。TFT在全球最大的电池研究平台之一——Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe电化学储能中心开发电极生产技术。

更便宜的生产

Schabel解释说:“我们的工作表明，原则上，我们管理了生产电池所需的所有步骤，从而在未来不影响质量的情况下以更低的成本生产电池。”在通常的电极干燥时间高达1分钟，生产速度每分钟100米以上，需要很长的干燥线。对于具有高镀层重量的电极，这是很难实现的，而且非常昂贵。新概念是基于使用不同的活性材料，并同时应用它们的想法。一层负责粘附，另一层负责特定容量。这种层状结构使制造在非常高的干燥速度，干燥次数缩短到三分之一。

插图2电极测试:在3C快充情况下，快干多层和慢干单层容量无差异。正如所料，迅速干燥的单层表现出相当大的损失。来源：Jana Kumberg, KIT

电极层的特性分布

尽管减少了干燥时间，没有能力损失发生。电池的续航时间保持不变，也适用于所谓的3C循环，即20分钟的快速充电。在他们的研究中，科学家们在阳极的厚度上应用了不同的活性材料，因此不同的性能分布在电极层中。通过这种方式，电极可以定制，并具有更好的机械和电化学性能。“我们已经取得了首批有希望的成果，”Schabel说。“现在，我们将致力于工业实施。”目前，该集团正致力于将同步概念转化为工业规模。为此，它测试了纯对流干燥与高性能喷嘴和激光干燥模块。

图3 活性材料的选择以及混合过程对料浆的微观结构和干燥电极的微观结构有很大的影响。对该结构的了解有助于理解活性物质和添加剂之间的相互作用。因此，不同浆液在干燥前的微观结构通过低温-宽离子束(BIB) -扫描电子显微镜(SEM)进行了说明，如图所示。活性材料和粘结剂建立的网络在这些显微照片中清晰可见。为了更好地理解，在每张概览图(红色矩形)中突出显示了各自浆体中CMC网络形成的一些示例性结构。

图5 低温bib - sem截面的制备过程如图1所示。浆液被涂上一层，然后直接用氮泥浆冻结。用金刚石锯和BIB在低温条件下制备横截面。在表面毛细管中的溶剂被升华而不改变非挥发性成分的结构。

联邦教育和研究部(BMBF)在不同的研究集群项目中提供超过500万欧元的研究资金。Schabel说:“我们的研究表明，原则上可以将电池的生产速度提高两到三倍。”现在，研究结果被转移到其他材料上，并用于优化poly - post锂存储集群内钠离子电池的电极。

来源Reduced Drying Time of Anodes for Lithium‐IonBatteries through Simultaneous Multilayer Coating, EnergyTechnology (2021). DOI: 10.1002/ente.202100367