德国弗劳恩霍夫制造工程与自动化研究所（IPA）的研究人员近期展示了一项优化磷酸铁锂（LFP）电池正极生产的技术。通过采用高压湿式喷射研磨工艺，该过程可节省高达42%的工艺能源，同时电池性能基本维持不变，为可持续电池制造提供了新路径。
锂离子电池广泛应用于电动交通和储能系统，但其传统生产涉及有毒溶剂，如N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）。为减少环境影响，弗劳恩霍夫IPA的团队开发了水性LFP正极生产方法，使用生物基粘合剂羧甲基纤维素（CMC），替代了标准聚偏氟乙烯（PVDF）粘合剂，实现了无有机溶剂的工艺控制。
LFP正极相比镍锰钴氧化物（NMC）正极更具安全性和成本效益，因为它不依赖钴、镍等关键金属，且热稳定性好、循环寿命长。不过，LFP的较低导电性可能影响高充放电速率下的性能，这促使研究人员探索分散工艺的改进。
研究团队比较了两种工业相关工艺：经典溶解器混合和高压湿式喷射研磨。在湿式喷射研磨中，浆料在高达2200巴的压力下通过微喷嘴，产生强烈颗粒碰撞，有效粉碎团聚。结果显示，湿式喷射研磨使平均粒径减小39%，从7.91微米降至4.78微米，并大幅降低粘度，低剪切速率下粘度减少96%。
扫描电子显微照片表明，湿式喷射研磨生产的电极更均匀致密，与铝集流体的界面更平滑，这有助于改善电流流动和机械稳定性。电化学测试显示，在大多数充放电速率下，放电容量差异在测量公差内；仅在1.0 C速率时，湿式喷射研磨变体容量高出12.8%，达每克83.8毫安时，研究人员将此归因于较小颗粒的更大活性表面积。
能量平衡分析揭示，湿式喷射研磨与溶解器混合组合的能耗为每公斤浆料0.98千瓦时，相比纯溶解器工艺的1.70千瓦时，结合干燥能量可节能42%。较高固体含量还缩短了干燥时间，提升了生产效率。
研究作者Leah Jalowy表示：“我们的结果表明，生产过程的优化与材料选择同样重要。”合著者Dominik Nemec补充说：“使用CMC粘合剂的水性加工消除了生产链中的有毒溶剂，而优化的分散过程节省能源并提高产品质量——同时不会显著影响电池性能。”
该研究于2025年11月5日发表在开放获取期刊AppliedChem上，为电池制造商建立可持续生产过程提供了关键见解。尽管在实验室规模进行，但预期工业放大后益处更显著。工作是在弗劳恩霍夫IPA分散中心与日本机器制造商Sugino合作下完成的，旨在跨行业解决分散研究中的前沿问题。
