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Development of Ultrathick Laser Ablation for Ultrathick Electrode Processing

Descripción del proyecto

Las baterías de iones de litio con mejores diseños de cátodo son prometedoras para los vehículos eléctricos

Los óxidos metálicos mixtos de litio, níquel, manganeso y cobalto (LNMCO) son una clase de materiales de electrodos que se pueden utilizar en la fabricación de baterías de iones de litio debido a su gran estabilidad térmica. Las baterías de iones de litio que incorporan dichos materiales tienen mayor capacidad, frecuencia de ciclo y potencia. El objetivo del proyecto UltraThick Las, financiado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie, es mejorar aún más el rendimiento electroquímico de las baterías de LNMCO mediante el desarrollo de electrodos ultragruesos. Los investigadores utilizarán modelos de profundidad de penetración y técnicas de espectroscopia avanzada (espectroscopia de resonancia magnética nuclear y espectroscopia de ruptura inducida por láser) para identificar las vías de difusión de litio en los electrodos. Las baterías de iones de litio con cátodos ultragruesos se podrían utilizar ampliamente en vehículos eléctricos.

Objetivo

"The proposal aims to improve the electrochemical power performance of NMC based generation 3b batteries through the development of ultra-thick electrodes. This will be done through the following objectives:

1.) Increased power performance in ultra-thick-film electrodes through the development of 3D electrode architectures
2.) Correlation of lithium-ion diffusion characteristics with 3D electrode architectures and related electrochemical performances through simple modeling via Penetration Depth Model (PDM)
3.) Establishment of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) techniques and Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) as complementary methods for identification of lithium-diffusion pathways in 3D electrodes
4.) Realization of optimized 3D electrode architectures for anodes and cathodes prepared with environmentally friendly water-based slurries.

This will be done through a multi-discipline approach that involves the following techniques and principles: laser based ablation, ablated materials recycling, water based formulation, Nuclear Magnetic Resonance Imaging and Penetration Depth Model. Laser ablation will be used to fabricate 3D microstructures in ultra-thick NMC (nickel-manganese-cobalt oxide) based electrodes to increase the electrode porosity and help attain optimum cell power density of upto 209 Wh/kg at 2C cycling. The optimization of the 3D ablation patterns will be done through the correlating the electrode's power performance with its diffusion coefficient (determined via NMR imaging), electrode parameters and effective porosity via the PDM. Water based slurry formulation and ablated materials recycling will be done in conjunction to decrease production cost and allow laser ablation processing for electrodes closer to ""demonstration pilot level"" (TRL 5-6). Upon success of the project, NMC based generation 3b batteries can be realized for electric vehicle applications and we could reach on of the goals stated in Horizon 2021's Work Program."

Régimen de financiación

HORIZON-AG-UN - HORIZON Unit Grant

Coordinador

KARLSRUHER INSTITUT FUER TECHNOLOGIE
Aportación neta de la UEn
€ 173 847,36
Dirección
KAISERSTRASSE 12
76131 Karlsruhe
Alemania

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Región
Baden-Württemberg Karlsruhe Karlsruhe, Stadtkreis
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
Sin datos