南韓研究人員開發了一種新型形狀控制的石墨顆粒乾電極製造技術，專為電池負極而設。該項目由韓國材料科學研究所（KIMS）和韓國電力電子研究院（KERI）聯合推進。此技術可同時延長電動車的行駛距離、縮短充電時間及降低生產成本。韓國材料科學研究所高級研究員尹志熙表示：「這項技術提供了一種新的方法，能克服傳統以聚四氟乙烯（PTFE）為基礎的乾電極製程的限制。我們預期它將在要求高能量密度及快速充電性能的下一代電動車電池中有很高的應用潛力。」
新型乾電極技術顯著提升電池性能
此技術使用噴霧乾燥技術製作的形狀控制顆粒製造過程示意圖。隨著對電動車及儲能需求的增長，全球對於更高密度、更快充電及更長壽命的電池的競爭愈演愈烈。汽車製造商長期以來一直尋求乾電極製造作為電池的解決方案，因為這種方法完全跳過了標準的濕漿製程。乾燥方法能夠縮小工廠面積，並通過消除有毒化學溶劑和高能耗的工業爐來減少碳排放。然而，這一過程也存在一個主要問題：它使用了聚四氟乙烯（PTFE），這是一種有爭議的粘合劑材料，會引發性能和環境上的問題。
PTFE 更為消費者所熟知的名稱是特氟龍，它作為微觀的粘合劑將乾燥的組件粘合在一起。然而，PTFE 屬於「永恆化學物質」的 PFAS 家族，已知在電池負極的惡劣電化學環境中會降解，並面臨世界部分地區即將實施的嚴格環境禁令。直到現在，業界一直認為製作無 PTFE 的乾電極幾乎是不可能的。南韓研究團隊決定嘗試不同的方法，用一種行業標準的環保粘合劑系統（CMC-SBR）取代 PTFE，這種粘合劑已廣泛應用於日常濕電池的生產中。
但僅僅更換粘合劑並不夠，原材料本身也需要徹底的物理重設。標準的電池負極使用平板狀的石墨顆粒，當這些平面顆粒被壓實時，它們將完美排列，類似於緊疊的撲克牌。這造成了鋰離子的巨大交通擁堵，迫使它們繞過這些平板的邊緣，走長而曲折的迂迴路徑。為瞭解決這一問題，研究人員轉向了噴霧乾燥技術，將含有石墨、導電添加劑和粘合劑的漿料進行處理，將標準的平面石墨片轉變為圓形的複合顆粒。
在這些新的圓形顆粒內，石墨片隨機排列在各個方向上。
新技術可望改變電池生產流程
這種隨機的內部結構就像是一條多車道的高速公路，讓鋰離子能夠順利通過，而不是碰撞在平坦的石墨牆上。鋰離子現在可以沿著多方向的通道直接穿越整個電極的厚度。值得注意的是，離子的自由運動使製造商能夠建造更厚的電極，將更多的能量容量壓縮在相同的空間內，從而延長電動車的行駛距離。研究人員指出：「實驗結果顯示，開發的乾電極在快速充電性能和長期循環穩定性方面優於傳統的濕漿基電極。
該技術在高能量密度條件下顯著改善了鋰離子的擴散特性，證實了其在厚電極架構基礎上實現高容量電池的潛力。」
最後，此過程依賴於電池公司已經使用的標準 CMC-SBR 粘合劑，因此工廠生產線可以在不需重大變化的情況下採用該技術。相關研究結果已發表在《能源儲存材料》期刊上。
項目 規格 電池容量 高能量密度 快充性能 優於傳統濕漿基電極