据外媒报道，由韩国能源研究所（Korea Institute of Energy Research，KIER）Gyujin Song、剑桥大学（University of Cambridge）Kwon-Hyung Lee博士和韩国蔚山大学（University of Ulsan）Tae-Hee Kim教授领导的联合研究团队成功开发出一种用于二次电池电极的新型干法制造技术，克服了传统电极制造工艺的局限性。该研究成果发表在期刊《Energy & Environmental Science》上。

图片来源： KIER

该干法制造工艺可在电极内部形成双纤维结构，同时生成细如“线状”和粗如“绳状”的纤维。这种双纤维（双纤维）结构使该技术能够同时解决传统干法工艺混合强度低和性能衰减的问题。

二次电池电极的制造方法大致可分为湿法和干法，具体取决于是否使用溶剂。在湿法工艺中，使用溶解在溶剂中的粘合剂作为粘合剂，以确保电极材料的均匀混合。由于其工艺可靠性高且在保证性能方面具有优势，湿法工艺目前是电极制造的主要方法。

然而，干法工艺依赖于有毒的有机溶剂，造成严重的环境负担，且干燥和溶剂回收所需时间较长，导致生产成本高昂。因此，近年来人们对开发不使用溶剂的干法工艺技术越来越感兴趣。

干法工艺不使用溶剂，因此加工速度更快，有助于减少环境污染和能源消耗。但是，由于没有溶剂溶解粘合剂，因此只能使用有限种类的粘合剂材料，例如聚四氟乙烯（PTFE），它能拉伸成纤维状结构，并将颗粒物理性地粘合在一起。

因此，在传统的干法工艺中，电极材料难以均匀混合，混合物的低内聚力导致人们一直担心成品电池的性能和耐久性会下降。

为了克服干法工艺的结构限制，研究人员没有改变传统聚四氟乙烯（PTFE）粘合剂的材料，而是控制了该材料的物理结构，从而制备出一种具有“双纤维”结构的PTFE粘合剂。

研究团队设计了一种独特的多步工艺，将粘合剂的添加从单步操作分为两个阶段。首先，他们添加少量粘合剂并进行初步混合，形成一种细密的“线状”纤维网络，将活性材料和导电添加剂紧密连接起来。

然后，在二次混合步骤中，加入剩余的粘合剂，在保持原有纤维网络结构的同时，形成一层额外的粗壮结实的“绳状”纤维结构。

由此产生的细密“线状”纤维网络能够均匀分散活性物质和导电添加剂等组成材料，从而使反应更加均匀，提高电池性能。此外，粗壮的“绳状”纤维将整个电极牢固地粘合在一起，显著增强了电极的强度和机械稳定性，提高了其满足大规模生产工艺所需的耐久性。

此外，电化学反应-电阻映射分析表明，电极所有区域均表现出快速且均匀的反应动力学和电阻特性。

这是最大限度减少电池运行过程中能量损失、防止特定区域性能衰减并延长电池整体寿命的关键因素。

在性能评估中，该研究团队开发的干电极实现了10.1 mAh/cm²的高面容量。采用该电极的软包锂金属负极电池的能量密度达到349 Wh/kg，比商用电极（约250 Wh/kg）高出约40%。

此外，采用石墨负极的软包电池实现了291 Wh/kg的能量密度，比相同条件下湿法工艺电池的能量密度高出约20%。

该研究的负责人Gyujin Song博士表示：“这项研究意义重大，因为我们建立了一种原创工艺技术，能够同时解决干电极的两大核心挑战：电化学均匀性和机械耐久性。我们期望这项技术不仅能够提升二次电池行业的成本竞争力，还能应用于对能量密度要求较高的电动汽车和储能系统（ESS）。”