冷喷涂NMC622复合材料作为锂离子电池的负极

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Cold-Sprayed NMC622 Composite as a Cathode for Lithium-Ion Batteries

高能效低溶剂锂离子电池正极材料冷喷制备技术研究。采用溶剂-free冷喷工艺制备NMC622复合正极，通过调控气体温度、压力及喷射距离优化沉积形貌。计算流体动力学模拟表明温度升高增强粒子动能，缩小雾化角，降低径向质量浓度。冷喷法制备的电极呈现致密微观结构，但多晶NMC622初始容量达167mAh/g，虽低于传统浆料法但环保节能，为干电极规模化制造提供新路径。

　　

随着对高能量、低成本锂离子电池（LIBs）需求的增长，这些电池被用于为电动汽车（EVs）提供动力，因此需要在材料和制造工艺方面取得进步。传统的正极制备方法（如浆料浇铸和干燥）能耗较高，并且在可扩展性和环保合规性方面存在挑战。在这项研究中，我们提出采用冷喷涂（CS）技术作为无溶剂的方法来制备LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂（NMC622）复合正极。将NMC622、聚偏二氟乙烯（PVDF）和炭黑（CB）的粉末混合物直接沉积在不锈钢和Inconel基底上，同时控制不同的气体温度、压力（从而影响喷射速度）以及喷射距离。系统地研究了温度对沉积形态、涂层密度和体积的影响。计算流体动力学模拟表明，提高气体温度可以增加颗粒速度、缩小喷射角度，并降低喷嘴出口处的质量浓度。冷喷涂得到的正极具有致密的微观结构，同时多晶NMC622颗粒会出现断裂现象。X射线衍射分析进一步证实，在沉积过程中没有发生相变。冷喷涂正极的电化学性能显示，单晶NMC622的初始容量约为96 mAh g^–1，多晶NMC622的初始容量约为167 mAh g^–1。虽然这些数值与最先进的浆料浇铸正极相比较低（后者在优化条件下通常可达到180–200 mAh g^–1），但考虑到冷喷涂工艺的无溶剂特性，其性能仍然具有竞争力，并且与使用相同原料制成的 tape-cast 样品相比表现良好。该工艺无需溶剂处理即可形成致密的、结合剂整合的正极涂层，为下一代LIBs的高效、可扩展干法电极制造提供了有前景的途径。