Exploring Cathode and Solid Electrolyte Materials for All-solid-state Battery Applications

探索全固态电池应用的正极和固体电解质材料

基本信息

  • 批准号:
    1834544
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2017 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project is focused on the investigation of new cathode and solid electrolyte (SE) materials for applications in Li-ion all-solid-state batteries (ASSB). Here, powders of the active material (AM), carbon (to increase the electrical conductivity) and SE are sintered together as a cathode pellet, which is then topped by a layer of SE and, finally, attached to an anode; e.g. Li metal. ASSBs overcome safety issues (e.g. flammability of organic electrolytes) and result in robust and inert batteries that function at slightly elevated temperatures.To date, only little is known on the detailed mechanisms of Li-ion transport in SE, the phases and interfaces forming during synthesis and operation, and how particle sizes of the starting materials influence both, the densification/sintering and electrochemical performance. We will use classical solid-state synthesis routes to produce new AM (e.g. LFP and higher voltage cathodes such as NMC and LMP) and SE (e.g. LSPO, LLZO, and LPS) materials and control their particle sizes. Spark Plasma Sintering (SPS), a novel processing technique, will then be applied to produce dense pellets of AM/SE cathode composites. Powder XRD will be used to determine phase purity and particle sizes of both the pristine materials as well as the composites prepared by SPS. The powders and pellets will be used for electrochemical testing. Solid-state NMR will be utilised to gain insights into different chemical environments/phases on a local atomic scale, derive activation energies and learn about the underlying ion diffusion mechanism. In a next step, in situ NMR will be applied to study structural changes in real-time. EIS will be used to derive conductivities; the data will be combined with the NMR studies. Another crucial method will be electron microscopy on pellets/composites Contrast differences will give information on particle (size) distributions and phases present, while EDX will allow a quantification of the elemental composition.
该项目的重点是研究用于锂离子全固态电池(ASSB)的新型阴极和固体电解质(SE)材料。在这里,活性材料(AM)、碳(以增加导电性)和SE的粉末一起烧结作为阴极颗粒,然后在其顶部覆盖一层SE,最后附着到阳极;例如Li金属。ASSB克服了安全性问题(例如有机电解质的易燃性),并导致在略微升高的温度下运行的坚固和惰性电池。迄今为止,对SE中锂离子传输的详细机制、合成和操作过程中形成的相和界面以及起始材料的粒度如何影响致密化/烧结和电化学性能知之甚少。我们将使用经典的固态合成路线来生产新的AM(例如LFP和更高电压的阴极,如NMC和LMP)和SE(例如LSPO,LLZO和LPS)材料,并控制它们的粒度。放电等离子烧结(SPS),一种新的加工技术,然后将应用于生产致密的AM/SE阴极复合材料的颗粒。粉末XRD将用于确定原始材料以及SPS制备的复合材料的相纯度和粒度。粉末和颗粒将用于电化学测试。固态核磁共振将被用来深入了解不同的化学环境/阶段在当地的原子尺度上,推导出活化能和了解潜在的离子扩散机制。下一步,原位NMR将用于实时研究结构变化。EIS将用于推导电导率;数据将与NMR研究相结合。另一个关键的方法将是对颗粒/复合材料进行电子显微镜检查。对比度差异将提供颗粒(尺寸)分布和存在的相的信息,而EDX将允许对元素组成进行量化。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Modelling amorphous materials via a joint solid-state NMR and X-ray absorption spectroscopy and DFT approach: application to alumina.
通过联合固态 NMR 和 X 射线吸收光谱以及 DFT 方法对非晶材料进行建模:在氧化铝中的应用。
  • DOI:
    10.17863/cam.94844
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Harper A
  • 通讯作者:
    Harper A
Solid-state NMR investigation of structure and dynamics of solid electrolytes and coatings for Li-ion battery applications
用于锂离子电池应用的固体电解质和涂层的结构和动力学的固态核磁共振研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Emge Steffen
  • 通讯作者:
    Emge Steffen
Elucidating lithium-ion and proton dynamics in anti-perovskite solid electrolytes
  • DOI:
    10.1039/c8ee00779a
  • 发表时间:
    2018-10-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    32.5
  • 作者:
    Dawson, James A.;Attari, Tavleen S.;Islam, M. Saiful
  • 通讯作者:
    Islam, M. Saiful
Al/Ga-Doped Li7La3Zr2O12 Garnets as Li-Ion Solid-State Battery Electrolytes: Atomistic Insights into Local Coordination Environments and Their Influence on 17O, 27Al, and 71Ga NMR Spectra.
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  • DOI:
    10.17863/cam.48256
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Karasulu B
  • 通讯作者:
    Karasulu B
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  • 作者:
  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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知道了