芝加哥大學的研究人員開發出一種全新的乾電極設計，可能使鋰離子電池在成本、環保及性能上同時獲得提升。電池製造商一直以來都在追求乾法加工，以消除傳統漿料製造電極過程中使用的有毒溶劑。這種乾法不僅能降低成本，簡化生產流程，還能減少對環境的影響。研究人員表示，這種方法還能改善電池性能。
芝加哥大學普里茨克分校的團隊發現，乾法處理的電極在導電性、結構厚度及高電壓循環性能上表現優於傳統漿料製造的電極。結果顯示，乾法加工不僅僅是一種製造升級，更是一項材料突破，可能影響電動車電池的設計。
在傳統的電池生產中，活性材料、碳添加劑和粘合劑混合成濕漿，塗佈在金屬箔片上然後乾燥。這一過程依賴有害溶劑，隨著電極厚度增加，效率逐漸下降。乾法加工則完全去除了溶劑的步驟。雖然這種方法以前曾被探索，但芝加哥大學的團隊發現了材料內部的意外好處。
研究的首席作者、芝加哥大學PME的研究副教授張明浩表示，「我們的研究顯示，乾法不僅可以帶來這些優勢，還能改善電池本身的性能。電池更加堅固，能提供更厚的電極並具備更佳的導電性，且在高電壓下循環性能更佳，這一點非常令人驚訝。」
研究人員發現，通常被認為是獨立運作的兩種成分——碳導電添加劑和聚合物粘合劑之間存在著獨特的相互作用。張明浩提到，「傳統上，人們認為碳和粘合劑材料是各自獨立發揮作用的。如今我們發現，在乾法過程中，粘合劑和碳添加劑之間存在協同效應。」
高電壓操作對於提高電池能量密度至關重要，但往往會引發不必要的副反應，特別是涉及反應性碳添加劑。研究團隊發現，在乾法處理的電極中，粘合劑部分包裹了碳表面，這樣可以降低碳的反應性並抑制高電壓循環中的副反應。
張明浩指出，「我們發現，高電壓下的副反應根源於碳添加劑，因為這種成分非常反應性。但由於這種協同效應，粘合劑在碳表面上進行了包裹或部分包裹，從而基本上降低了碳的反應性以及高電壓下的副反應。」這樣，電池在高電壓下的循環性能非常良好，副反應則降至最低。
團隊對於改善的結構及化學穩定性感到驚訝。張明浩表示，「乾電極可以簡化過程，但我們從未想過這項工作還能對高電壓穩定性循環做出獨特貢獻。」芝加哥大學PME的Shirley Meng教授強調了這項研究的實際意義。「這項研究不僅讓我們更接近快速充電、高效能的電動車電池，還推進了純科學的發展。」研究人員目前計劃進一步優化電極微結構，以加速鋰離子傳輸並縮短充電時間。這項研究發表在《Nature Energy》期刊上。
