近年来,随着笔记本电脑、手机等便携式电子设备以及新能源与清洁能源汽车的快速发展,市场对电池的需求越来越大。传统的电池电极制备工艺涉及打胶、配料、匀浆、涂布、辊压、烘烤等近十个步骤,过程繁琐复杂,还需要使用粘结剂、导电剂、集流体等诸多非活性材料,增加了电池的制备成本,并使其实际能量密度大打折扣。
一步式制备集成型一体化储能电极的新方法,将钴磷合金放入通电的食盐溶液中,进行选择性腐蚀和电位调控氧化,便可制得电池电极。这种新技术制成的电极实现了氧化钴和磷化钴两种高活性钴基化合物的协同集成,在结构上实现了三维网络孔状一体结构的构筑。得益于一体化结构设计,新的电极材料可像芯片一样直接组装电池,而无须再进行配料、匀浆、涂布等繁琐步骤,简化了电池制备工序。整个电极制备过程不到1小时,具有安全、绿色、易规模化的优点。
采用这一技术制成的钴基化合物电极,其活性物质密度是传统石墨电极的2倍至3倍。活性物质密度越高,电极的单位体积储电量就越高。研究显示,新研发的钴基化合物电极储电量是同体积石墨电极储电量的5倍。电极集成型组成的协同作用和一体化的结构设计也使其充电速率比传统石墨电极快近10倍,满充满放时的循环寿命超过6000次,是市售锂电池循环寿命的2倍至4倍。
“利用这种技术制备电极只需要两种原材料,一是人们日常生活中吃的食盐,二是工业生产技术非常成熟的金属合金。除此之外不再需要任何其他助剂和传统必须使用的集流体。由于食盐和合金都非常常见且价格低廉,这种集成型一体化电极具有非常显著的成本优势,优异的储能性能也使其有着十分广阔的应用前景。”吉科猛说。