用水做？环保锂电池工艺细节首次披露

目前，随着锂电池的应用越来越广泛，其生产回收带来的环保问题也日益严峻。日前，GRST公司宣称他们开发出了全球首个基于水性技术的环保锂电池，电子发烧友应邀前往该公司位于顺德的工厂一探究竟。

据GRST总经理卢志德先生介绍，GRST是一家香港创新绿色科技公司，这家2015年正式成立的公司开发了一种水性制造及回收电池技术WATMAR³——WATMAR³是指WAT（水性）、MA（制造）和R3（回收、再生、重用）——并运用该技术生产了全球首个真正环保锂电池“ebatte”，ebatte通过专门结构设计，并使用更高耐热性的隔膜材料（高于摄氏250度），令其使用寿命也比现有市场同类（使用相同电极材料）电池高出达30%。
 

 

GRST总经理卢志德：我们开发出了全球首个基于水性技术的环保锂电池

那么WATMAR³究竟是怎样的一种工艺？据GRST技术总监王然石先生介绍，锂电池主要由五个结构组成：集流体（铜箔铝箔）、正负电极（活性材料LMO、LFP、NMC/石墨、硅）、电解液（让锂离子游动DMC/EMC或凝胶聚合物）、防止短路的隔膜（聚合物），以及外壳结构。锂电池特性的主要区别就是所谓正负极的活性材料的体系不同。WATMAR³的水性环保工艺，是在电池生产过程之中，完全使用水对材料进行一个加工处理，达到一个环保的效果。整个过程之中不使用传统的工艺中所用的有机溶剂，即所谓的NMP体系，配合含氟的聚合物PVDF。传统工艺中，水性生产多用于负极材料，GRST是第一家实现正负极材料都使用水性工艺来生产的厂家。

 

WATMAR³生产工艺流程配图

 

WATMAR³生产工艺和传统工艺的比较

基于这种工艺的锂电池，其回收处理的工艺也完全环保化。当前业内电池回收普遍采用强酸或燃烧的方法处理，WATMAR³ 的电池回收技术是以水作为GRST旧电池的溶解物，可有效回收达99%以上的金属和达95%用于生产锂电池的有价值电极材料。为了最大限度地节约和保护资源，回收后的材料则会被二次利用于生产新的锂电池。例如，循环再生的正极材料具有可达99%的效能，并能通过WATMAR³ 电池制造技术重新应用于生产锂电池。通过这种闭环式独立可持续的电池制造和回收流程，工厂减少了废物堆填、节省了能源和金属等原材料，同时也减少了二氧化碳及其他有害气体的排放，并且降低了对锂矿开采的需求。

 

WATMAR³回收工艺流程配图

 

WATMAR³回收工艺和传统工艺的比较

对于锂电子而言，除了环保，电池性能也是最重要的，在过去几年，ebatte进行了很多不同的认证测试，通过了车规级动力电池强检安全测试，船规级安全测试，南非和欧盟的矿用产品电池的认证，以及在移动设备的消费电子产品安全测试。“ebatte通过了针刺和10V过充安全测试，”王然石说，“其寿命预期 储能系统(ESS)超过5000次循环，容量保持率大于80%，对于电动汽车(EV)超过3000次循环，容量保持率超过80%，对于消费类电子产品和电动工具，则是1000-1500次循环，容量保持率超过80%。此外，ebatte可在较大温度范围内进行充电/放电。 ”

虽然，WATMAR³技术有很好的环保表现，不过要让现有的以有机溶剂工艺为主的大厂们采用，意味着他们要调整现有的设备和物料采购体系，这是GRST必须面对的问题。但如果把这种改变的成本放在整个制造体系中去看，WATMAR³还是具有明显的成本优势的——毕竟有机溶剂这块的生产和回收设备、物料及耗电都可以省掉。“即使我们的合作伙伴选择从头开始并更换所有设备，我们发现这与传统制造生产技术相比，他们仍然能节省可达30%的设备成本。”王然石说，“由于此技术能更加省电（減少消耗的能源可达50%），因此也能降低整体成本约8%。”

 

WATMAR³回收技术和传统技术的比较

卢志德表示，GRST的意涵是绿色环保Green、可再生资源Renewable、可持续发展Sustainable和应用技术Technology，“WATMAR³同时有助于把成本和修改现有设备的需求降至最低。”

据悉，GRST已就WATMAR³技术申请了99份专利，其中7份已经获得授权，有2份正在授权。目前GRST的ebatte电池已经有小批量的生产和供货，已经应用在光伏直流电器储能和矿用照明产品（煤矿安全认证门槛很高）的导入期试用。在产品上，主要是三元锂电池，但该工艺也同时适用于高安全性、低温要求的锰酸锂体系，以及特定领域的磷酸铁锂电池。而顺德工厂做为基地，主要用来进行电池生产过程的演示、测试，以及回收验证。