リチウム電池の製造とリサイクル-リチウムイオン電池機器

海外メディアの報道によると、米国バージニア工科大学の研究者らは、電池電極の製造とリサイクルプロセスで有害な有機溶剤を使用しない、グリーンで持続可能なリチウム電池(LIB)の製造方法を実証しました。

(:バージニア工科大学)

研究者らは、水ベースのプロセスで製造された電極の速度性能とサイクル寿命が、従来の溶剤ベースのプロセスを使用して製造された電極に匹敵することを発見しました。水溶性バインダーを使用することで、使用済み電極からカソード化合物を水で回収することができます。このような化合物の再生に成功すると、新しい電極の電気化学的性能は元の電極の電気化学的性能と同等になります。

リチウム電池の大量生産は、電池の製造および取り扱い中に環境問題を引き起こす可能性があります。従来のリチウム電池電極、特に正極は、溶媒としてN-メチルピロリジノン(NMP)を使用し、スラリー法で作られています。実際、60kW、10kWhのプラグインハイブリッド車(PHEV)セルを年間10万個生産するバッテリー製造工場では、正極層の堆積に年間410万キログラムのNMPが使用されていると推定されています。リチウム電池の世界生産量が約400GWhであることを考えると、大量のNMPが必要です。

しかし、NMPは高価な再生有害物質であり、2018年に欧州委員会によってアイドルリストに載せられました。さらに、リチウム電池の製造プロセスでは、エネルギー消費量の約47%がNMP溶媒の蒸発と回収のための電極乾燥プロセスに費やされています。NMPを水に置き換えれば、エネルギー消費量を4分の1に削減できます。さらに、エネルギーの29%は、スラリーの混合と鋳造作業の湿度と温度を制御するために使用される乾燥チャンバー装置で消費されます。したがって、処理コストとエネルギー消費を削減するために、新しい電極製造プロセスおよび/またはNMPの代替品を開発する必要があります。(リチウムイオン電池機器)

研究者らは、電極作製においてNMPを水に置き換え、集電体から黒色材料(カーボンブラックと活物質の混合物)を分離し、水溶性バインダーを水に溶かして回収した後、分離したカーボンブラックから活物質を分離し、再びリチウム化して電池材料を形成しました。

研究者らは、この研究で使用された水性処理電極は、リサイクル材料から作られた電極に匹敵する優れた電気化学的特性を持っていると述べています。いくつかの潜在的な課題に対処できれば、このアプローチは、リチウム電池の製造とリサイクルのためのグリーンで持続可能なプロセスを提供する可能性があります。