美国能源部开发了新型激光图案化量产工艺，大大提升电池性能

美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）开发了一种新颖的尖端电池制造工艺，可以提高电动汽车电池的性能和效率。

该项目名为BatMan，开发了一种新型激光图案化工艺，该工艺利用激光脉冲改变电池电极材料的微观结构。该工艺可能会对电力驱动交通工具产生重大改进，引领我们走向更加光明和可持续的未来。

该项目由美国能源部先进材料和制造技术办公室资助，汇集了来自NREL、Clarios、Amplitude Laser Group和Liminal Insights的专家。该团队旨在解决电池制造中的主要障碍，让电动汽车能够更快地充电和行驶得更远，从而普及电动汽车。

“BatMan项目建立在NREL使用激光烧蚀、先进计算模型和材料表征解决电池制造中关键挑战的专长之上，”NREL薄膜和制造科学组的项目联合负责人兼高级科学家Bertrand Tremolet de Villers说。

▲由François Usseglio-Viretta（左）领导的NREL在微观结构建模方面的专长，有助于识别出对电池性能最有利的孔隙图案。

“这种新型的高通量激光图案化工艺——采用最先进的卷对卷制造技术进行了大规模演示——利用激光脉冲快速、精确地修改和优化电极结构，以最小的附加制造成本大幅提高电池能力。”

优化电池性能的关键在于电极。电极是带有正负电荷的导体，通过离子的移动产生电流。电极——这些带有正电荷或负电荷的导体——是提升电池性能的关键。它们由能够储存和释放携带电荷的离子的薄层材料制成。通过在这些电极之间移动离子，它们产生了电流，从而提升了电池性能。

电池的能量密度、电压和充电速度取决于电极的材料、厚度和结构。然而，更厚的电极也使得电池难以快速充电；电极也面临着其他方面的挑战，比如液态电解质必须均匀扩散并吸收到固体表面，以便实现离子传输，这一过程可能耗时且耗资巨大。

▲作为NREL BatMan项目方法的一部分，研究人员使用计算模拟、高级表征和实验室规模的实验原型来调整和完善激光烧蚀技术，以获得最佳效果。

BatMan研究团队提出了一种创新解决方案，以提升电池电极的性能。他们使用激光在电极表面创建图案，这可以改善其孔隙率、导电性和润湿性。该过程不仅快速、精确，而且具有可扩展性，可应用于不同的电极材料。

该团队已经展示了一种在卷对卷装配线上制造电极的新型激光图案化工艺。这实现了电极的连续和灵活生产。该团队还测试了这些激光图案化电极的性能，发现它们在能量密度、充电速度和循环寿命方面均优于传统电极。

BatMan项目是一个很好的例子，展示了尖端技术如何革新电池制造，并为更清洁、更可持续的未来做出贡献。该团队希望他们的激光图案化工艺能被电动汽车制造商、电网储能和消费电子等各行业广泛采用。

参考文章：BatMan's laser-patterning process enhances battery capabilities (techexplorist.com)