SBIR Phase I: Coated metal foils for high energy density, low-cost, lithium-ion batteries

SBIR 第一阶段:用于高能量密度、低成本锂离子电池的涂层金属箔

基本信息

  • 批准号:
    2303614
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-15 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research Phase I project will focus on researching and developing aluminum--based current collectors to replace copper foils in lithium-ion batteries. Copper foils are the third largest cost ($6.50/kWh) and third heaviest component (~0.5 kg/kWh) in lithium-ion batteries. Copper is heavily used in the clean technology space and there is expected to be a 3-5 million ton gap between the supply and demand for copper by 2030. Copper foil demand for electric vehicles is expected to exceed 1.5 million tons annually by 2030. This project will explore the use of specialized aluminum foils to eliminate copper in lithium-ion batteries. The specialty aluminum foil will be three times lighter than copper and could eliminate in excess of 50 pounds of battery pack weight in a typical electric vehicle. The intellectual merit of this project is to demonstrate that specialized aluminum foils can achieve the requisite materials properties for battery applications. There are three criteria that must be met: 1) the specialty aluminum foil must have similar electrochemical surface properties as copper; 2) the anode material must adhere strongly; and 3) the specialty foil must be able to be ultrasonically welded to metal tabs. Currently, pure aluminum foils are used as current collectors on the cathode side but cannot be used on the anode side because lithium alloys with aluminum at low potentials. Developing specialized aluminum foils that have unique surface properties is key to replacing copper in batteries. Aluminum is lighter, cheaper, and more abundant than copper. Specialty aluminum foils that achieve unique surface properties have a wide array of applications including metallization layers on solar cells. Full demonstration of specialized aluminum foils in batteries could also open up new research directions with the potential to improve the critical materials used in clean energy and related applications.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.
这个小企业创新研究第一阶段项目的更广泛的影响/商业潜力将集中在研究和开发铝基集电器,以取代锂离子电池中的铜箔。铜箔是锂离子电池的第三大成本(6.50美元/千瓦时)和第三重组件(约0.5千克/千瓦时)。铜被大量用于清洁技术领域,预计到2030年铜的供需缺口将达到300万至500万吨。 预计到2030年,电动汽车铜箔需求量将超过每年150万吨。该项目将探索使用专门的铝箔来消除锂离子电池中的铜。特种铝箔将比铜轻三倍,可以消除典型电动汽车中超过50磅的电池组重量。该项目的智力价值是证明专用铝箔可以实现电池应用所需的材料特性。 必须满足三个标准:1)特种铝箔必须具有与铜相似的电化学表面特性; 2)阳极材料必须牢固粘附; 3)特种铝箔必须能够超声焊接到金属片上。 目前,纯铝箔用作阴极侧的集电器,但不能用于阳极侧,因为锂在低电位下与铝合金化。开发具有独特表面特性的专用铝箔是取代电池中铜的关键。铝比铜更轻、更便宜、更丰富。具有独特表面特性的特种铝箔具有广泛的应用,包括太阳能电池上的金属化层。电池专用铝箔的全面展示也可能开辟新的研究方向,有可能改善清洁能源和相关应用中使用的关键材料。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识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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