SBIR Phase II: Domestically produced, novel carbon-based active anode materials for rechargeable lithium ion batteries

SBIR二期:国产新型可充电锂离子电池碳基活性负极材料

基本信息

  • 批准号:
    2132769
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 100万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-15 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) project is both to provide novel, domestically produced raw materials to the US battery supply chain and to generate affordable, safer, fast-charging, long-lasting lithium-ion batteries (LIBs) for electronics. With these raw materials, the US can manufacture lithium-ion batteries (LIBs) using its own resources; US battery manufacturers need no longer depend on foreign suppliers. The manufacturing process will employ readily available US manufacturing capabilities to generate domestically produced, value-added materials and thus strengthen the high-tech US economy that critically needs new materials for more effective energy storage. Further, the proposed materials will improve battery performance and safety, such as in wireless, battery-powered medical devices (e.g., implants and sensors) that use phone apps to monitor people's health and welfare. These apps need improved LIBs made from novel, lighter, and safer anode materials that can charge faster and store more energy than current versions. This SBIR Phase II project proposes to introduce a value-added active anode material with high-quality performance to the battery supply chain. The anode material aims to reduce the quantity of expensive—but critical—cathode materials (Ni, Co, and others) required for successful battery designs. Funding will enable upgraded production methods to produce anode material at scale, thus demonstrating how to produce a lithiated version of the anode material which will increase its desirability for battery manufacturers. The main R&D activities will improve both key desirable performance value propositions through engineering optimization approaches to synthesis and scaleup, and improve upon the currently low initial coulombic efficiency for the first charging cycle through introducing pre-lithiation and full-lithiation methodologies. Research outcomes include: (1) a value-added active anode material—with higher capacity than graphite mid potential between lithium titanate and graphite, low irreversible lithium capacity loss, and potentially increased lithium availability—to reduce the size and cost of the overall battery system per kWh, (2) a third-party demonstration of minimum viable product 200mAh batteries with superior performance, and (3) a roadmap for battery manufacturers to effectively incorporate additive amounts of the novel, lithiated material (even to completely replacing graphite) in existing battery designs.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该小企业创新研究 (SBIR) 项目的更广泛影响/商业潜力不仅是为美国电池供应链提供新颖的国产原材料,还为电子产品生产价格实惠、更安全、快速充电、持久的锂离子电池 (LIB)。有了这些原材料,美国就可以利用自己的资源制造锂离子电池(LIB);美国电池制造商不再需要依赖外国供应商。制造过程将利用美国现成的制造能力来生产国内生产的增值材料,从而加强迫切需要新材料以实现更有效能源存储的美国高科技经济。此外,拟议的材料将提高电池性能和安全性,例如使用手机应用程序来监测人们的健康和福利的无线电池供电医疗设备(例如植入物和传感器)。这些应用程序需要由新颖、更轻、更安全的阳极材料制成的改进的锂离子电池,与当前版本相比,它们可以更快地充电并存储更多的能量。该SBIR二期项目拟向电池供应链引入一种具有高品质性能的增值活性负极材料。阳极材料旨在减少成功电池设计所需的昂贵但关键的阴极材料(镍、钴等)的数量。资金将使生产方法升级,以大规模生产阳极材料,从而展示如何生产锂化版本的阳极材料,这将增加电池制造商对它的需求。主要研发活动将通过合成和放大的工程优化方法来改善关键的理想性能价值主张,并通过引入预锂化和全锂化方法来改善目前第一个充电周期较低的初始库仑效率。研究成果包括:(1) 一种增值活性阳极材料,其容量高于石墨,介于钛酸锂和石墨之间,不可逆锂容量损失低,并可能提高锂可用性,以减小每千瓦时整个电池系统的尺寸和成本,(2) 具有卓越性能的最小可行产品 200mAh 电池的第三方演示,以及 (3) 电池制造商有效地 在现有电池设计中加入大量的新型锂化材料(甚至完全取代石墨)。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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