I-Corps Team: Sustainable Battery Electrode Manufacturing with High Active Material Loading

I-Corps 团队:高活性材料负载的可持续电池电极制造

基本信息

  • 批准号:
    2236020
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-01 至 2024-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this I-Corps project is the development of a battery electrode modification method to enhance lithium (Li)-ion battery performance. The most widely used cathode materials in the Li-ion battery for electrical vehicles are nickel (Ni)-rich oxides. However, the low chemical and electrochemical stability, the large inactive material requirement (typically 10-15%), and the high cost needed for the storage of these materials due to the water adsorption on the surface hinder the further advancement and large-scale implementation of the Ni-rich material for the battery cathode. Through the proposed technology, the assembled cathode achieves higher chemical and electrochemical stability, ultra-low inactive material content in the cathode (less than 1%), and a significant reduction in the storage cost to repel water in the air due to the stability in ambient air. This new electrode manufacturing method may enable longer driving mileage of electric vehicles and a longer battery life span.This I-Corps project is based on the development of a new battery cathode manufacturing process, leveraging a unique gas phase conducting polymer coating technique using oxidative chemical vapor deposition (oCVD). A multi-functional conducting polymer prepared through oCVD achieves ultra-high active materials concentration (up to 99%) due to the high conductivity and adhesive function of the oCVD polymers. The oCVD polymers protect the cathode surface by limiting unfavorable reactions and phases such as detrimental cathode/electrolyte interfacial phases and water adsorption on the cathode surface. The increased active material concentration and the protection ability effectively contribute to the enhancement of lithium-ion battery capacity (10% higher), rate performance (14% higher), and cycle life (550% longer), compared to those without oCVD polymer coating. The proposed battery manufacturing technique is expected to mitigate the performance degradation issues for high nickel cathode materials where a trade-off exists between high battery capacity and high performance-retention due to the interfacial phases and water adsorption.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I-Corps项目的更广泛的影响/商业潜力是开发电池电极修饰方法,以增强锂(LI)-ION电池性能。电动车辆锂离子电池中使用最广泛的阴极材料是镍(Ni) - 富含氧化物。但是,由于表面上的水吸附阻碍了电池阴极的Ni-Ni材料的进一步进步和大规模实施,因此较低的化学和电化学稳定性,较大的非活性材料需求(通常为10-15%)以及存储这些材料所需的高成本。通过拟议的技术,组装的阴极可实现较高的化学和电化学稳定性,阴极中的超低无活性材料含量(小于1%),并且由于环境空气中的稳定性,储存成本显着降低了空气中的水。 这种新的电极制造方法可以使较长的电动汽车行驶里程和更长的电池寿命。此I-Corps项目基于新的电池阴极制造过程的开发,利用使用氧化化学蒸气沉积(OCVD)的独特气相导电聚合物涂层技术。通过OCVD制备的多功能导电聚合物由于OCVD聚合物的高电导率和粘附功能而达到了超高的活性材料浓度(高达99%)。 OCVD聚合物通过限制不利的反应和诸如有害阴极/电解质界面界面和阴极表面上的水吸附来保护阴极表面。与没有OCVD聚合物涂料相比,有效的材料浓度和保护能力有效地有助于增强锂离子电池能力(提高10%),速率性能(提高14%)和循环寿命(长550%)(长550%)。 提议的电池制造技术有望减轻高镍阴极材料的性能退化问题,在高电池容量和高性能之间存在权衡取舍,这是由于界面阶段和水的吸附。这奖反映了NSF的法规任务,并被认为是通过基金会的知识优点和广泛的criter criter criter criter scriter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criter criteria criter criter criter criteria criteria均值得通过评估。

项目成果

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