如何有效降低生產制造成本成為后補貼時代困擾眾多電池廠的難題,而最近,一種水性處理的電池制造及回收技術的出現給動力電池行業帶來了一種新的可能。

前不久,GRST公司宣稱開發了一項水性制造及回收電池技術WATMAR3,利用該項專利技術,GRST研發出全球第一枚真正意義上的綠色環保鋰電池“ebatte”,這種電池在生產制造環節有哪些不同,相比于傳統工藝制造的電池又有哪些優勢?OFweek鋰電網應邀前往該公司位于順德的工廠一探究竟。

不含NMP的水性處理涂覆漿料是GRST的核心技術

水性處理技術何以做到真綠色環保?

一般意義上,鋰電池相比于上一代鉛酸電池來說,是一種“無污染”的電池,因為鋰電池不含有廣受詬病的鉛、鎘等偏污染性的重金屬。然而,除了“鋰”以外,鋰電池中仍然有鎳、鈷、錳等重金屬,其電解液中,含氟有機物也存在污染的可能。特別是電池報廢以后,在回收、拆解、處理過程中操作不當,還是可能會有起火爆炸、重金屬污染、有機物廢氣排放等多種問題。

那么,GRST是如何讓鋰電池真正做到綠色環保無污染的呢?

“為了讓鋰電池實現真正意義上的綠色環保,GRST在制造和回收處理兩個環節上對傳統的工藝進行探索改進,終于實現了這一目標。”GRST公司總經理盧志德在接收OFweek鋰電網采訪時表示,這項關鍵技術就是水性處理技術。

事實上,WATMAR3的水性環保工藝,是在電池生產過程之中,完全使用水對材料進行一個加工處理,最終達到環保的效果。

“GRST在整個鋰電池的生產制造過程中不使用傳統的工藝中所用的有機溶劑,即所謂的NMP體系,配合含氟的聚合物PVDF。”GRST技術總監王然石介紹,在傳統工藝中,水性生產主要用于負極材料,GRST是第一家實現正負極材料都使用水性工藝來生產的廠家。

值得注意的是,GAST不僅在制造的過程中使用水作為黏結劑,在廢棄電池的回收過程中也使用了水作為溶解劑。OFweek鋰電網在現場觀察到,舊電池的金屬部分通過水流分離裝置后,裝置內原本澄澈的水變成了渾濁的黑色,再通過一系列的物理處理程序后,水重新變得澄澈,并分解出了黑色塊狀物(可再利用材料)。

“完美的環保體現是為了適應整個社會對制造業新的要求。”盧志德指出,很多企業因為環保不達標而被迫退出或改行,這些遇到環保問題的電池廠對GAST的這種綠色無污染的水性電池制造技術很有興趣。

目前,GRST水性制造及回收電池技術WATMAR3已經成熟,可以大批量生產應用。同時,WATMAR3已經在美國、中國大陸、地區以及澳洲等地提交了電池生產、回收、安全等方面的99項專利申請。

獨樹一幟水性電池回收技術

當然,僅僅在鋰電池的生產制造過程中做到綠色環保還不夠,那么能在電池回收處理的過程中還能將環保進行到底,就算是能真正形成環保制造的閉環了。

相比于傳統的濕法冶金、火法冶金電池回收技術,GRST電池回收技術以水作為舊電池的分離介質,其回收處理的工藝也完全環保化。這種水性處理方式還能以簡單、無害且具有經濟效益的方法回收高價值的材料;同時,僅需要1/4回收工藝成本、1/8二氧化碳排放水平,實現140%回收材料價值,回收規模的大小不會影響效率,可應用于小城鎮中。

王然石表示:“通過公司的綠色回收技術WATMAR3,可有效回收99%以上的金屬和95%用于生產鋰電池的有價值電極材料;循環再生的正極材料與同類新材料相比,可恢復達99%的性能,通過WATMAR3電池制造技術再重新應用于生產鋰電池。”

WATMAR3是電池生產技術和的回收的結合,通過該閉環式獨立可持續的電池制造和回收解決方案,可以有助于減少廢物堆填、節省能源和金屬等原材料、減少二氧化碳及其他有害氣體的排放,以及降低對鋰礦開采的需求。

低成本、低功耗如何實現?

如果僅僅做到綠色環保還不足以對當前的動力電池行業帶來沖擊,在競爭愈發激烈的形勢下,電池廠考慮得更多的是如何活下來。而有效降低成本的方案也是其最為關心的部分。

對于現有的以有機溶劑工藝為主的電池廠商來說,采用水性制造體系就意味著他們要調整現有的設備和物料采購體系,而GRST水性電池制造技術的另一大亮點在于可以有效的幫助電池廠降低生產成本。

在固定資產支出方面,相比于傳統電池生產制造,GRST可以減少70-90%干燥房/濕度控制區域,節省15%-30%固定資產投入;而在生產制造環節,可以降低6%-8%成本,并且降低40%-50%生產能耗。

“即使我們的合作伙伴選擇從頭開始并更換所有設備,我們發現這與傳統制造生產技術相比,他們仍然能節省可達30%的設備成本。”王然石表示,如果把這種改變的成本放在整個制造體系中去看,WATMAR3還是具有明顯的成本優勢。

水性制造工藝鑄就優良品質

除了環保性和經濟性,電池性能的優異也顯得至關重要。在過去幾年,EAST用水性方案生產的ebatte進行了很多不同的認證測試,通過了車規級動力電池強檢安全測試,船規級安全測試,南非和歐盟的礦用產品電池的認證,以及在移動設備的消費電子產品安全測試。

根據不同應用領域,GRST電池的預期壽命范圍達3000-5000次循環。對于儲能系統(ESS),循環5000次后容量保持率>80%;對于電動汽車,循環3000次以后容量保持率>80%;對于消費類電池產品和電動工具,循環1000-1500次后容量保持率>80%。

在溫度適應性方面,GRST生產制造出的電池在高低溫環境下也可以自如進行充電/放電,在-30℃(0.1C)環境下,容量保持>80%;在-40℃(0.1C)環境下,容量保持>45%;在50℃條件下7天標準循環測試后,容量保持>99.8%,擁有較高的電池溫度適應性。

為了應對現有電動汽車需求,GRST還為動力電池設計了快速充電和高倍率放電性能。在標準電壓情況下,GRST電池可在10分鐘內充入80%容量,6分鐘以內可以放出80%容量;最高充電率5C,最高放電率10(15)C。

除此外,GRST還通過材料改造和結構設計,大大提高了電池的安全性。在針刺測試中,GRST鋰電池完全保持穩定,而同材料體系下,傳統電池發生冒煙起火現象。而GRST針對礦用產品所開發的高容量軟包電池,可以完全通過10V過充的苛刻要求,僅出現鼓包情況,表面溫度低于150?C,而同材料體系下,傳統電池發生冒煙起火現象。

截止目前，GRST的ebatte電池已經有小批量的生產和供貨,已經應用在光伏直流電器儲能和礦用照明產品(煤礦安全認證門檻很高)的導入期試用。在產品上,主要是三元鋰電池,但該工藝也同時適用于高安全性、低溫要求的錳酸鋰體系,以及特定領域的磷酸鐵鋰電池。而順德工廠做為基地,主要用來進行電池生產過程的演示、測試,以及回收驗證。