SBIR Phase II: Engineered Solid Electrolyte Interphase Films for Silicon-Based Lithium Insertion Anodes

SBIR 第二阶段:用于硅基锂插入阳极的工程固体电解质中间膜

基本信息

  • 批准号:
    1256154
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-02-15 至 2015-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Business Innovation Research Phase II project proposes to develop and commercialize surface-engineered silicon anodes for use in lithium-ion batteries. Silicon has a ten fold greater charge capacity than graphite but its practical use as an anode material is hindered due to the mechanical problems associated with lithiation cycles (cracking, pulverization) and unwanted chemical reactions at silicon surfaces. Electrochemical Materials (EM) has developed wet surface functionalization methods enabling silicon nanoparticles to be reversibly cycled without mechanical failure or deleterious side reactions. In this work, EM will develop the surface chemistry and integration methods to create anodes for tablet-size (4000mA?h) lithium- ion batteries. EM will develop a scalable manufacturing process and demonstrate batteries with surface-engineered silicon nanoparticles. The new anodes will allow batteries to reach capacities 30 to 40% higher than conventional lithium-ion batteries for more than 1000 cycles.The broader impacts/commercial potential of this project is that higher capacity lithium-ion batteries will be quickly realized in portable electronics and electric vehicles. Lithium-ion batteries have revolutionized portable communications and electric vehicle power sources, yet their materials of construction have remained essentially unchanged since the mid 1980?s. If successful, the commercialization of surface-engineered silicon nanoparticles in lithium-ion anodes would result in 30 to 40% capacity gains along with an approximately 20% drop in cost per watt. Cell phones, tablets, and laptop users could use portable devices for longer periods between charging intervals. Electric vehicles with lithium- ion batteries could increase driving ranges by 40% and improve their cost competitiveness with gasoline-powered vehicles. Electrochemical Materials has strong relationships with major specialty chemical manufacturers, battery materials providers and battery manufacturers and intends to use NSF research and development funds to commercialize their innovative capacity-enhancing anode material.
这个小型企业创新研究第二阶段项目建议开发和商业化用于锂离子电池的表面工程硅阳极。硅的电荷容量比石墨大10倍,但由于与锂化循环(开裂、粉碎)和硅表面不必要的化学反应相关的机械问题,它作为阳极材料的实际应用受到阻碍。电化学材料(EM)开发了湿表面功能化方法,使硅纳米颗粒能够可逆循环,而不会发生机械故障或有害的副反应。在这项工作中,EM将开发表面化学和集成方法,以创建片级(4000mA?锂离子电池。EM将开发一种可扩展的制造工艺,并演示使用表面工程硅纳米颗粒的电池。新的阳极将使电池的容量比传统锂离子电池高出30%到40%,循环次数超过1000次。该项目更广泛的影响/商业潜力是,更高容量的锂离子电池将很快在便携式电子产品和电动汽车中实现。锂离子电池已经彻底改变了便携式通信和电动汽车的电源,但其结构材料自20世纪80年代中期以来基本没有改变。如果成功,锂离子阳极中表面工程硅纳米颗粒的商业化将导致30%至40%的容量增加,同时每瓦成本下降约20%。手机、平板电脑和笔记本电脑用户可以使用更长的充电间隔时间。使用锂离子电池的电动汽车可以增加40%的行驶里程,并提高其与汽油动力汽车的成本竞争力。电化学材料公司与主要的特种化学品制造商、电池材料供应商和电池制造商建立了牢固的关系,并打算利用美国国家科学基金会的研发资金将其创新的提高容量的阳极材料商业化。

项目成果

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