Grafen Energi

Syfte och mål

Silikon i litiumjonbatterier (LIB) kan avsevärt öka lagringskapaciteten. Emellertid har den dåliga elektriska konduktiviteten hos kisel och en mycket stor volym expansion vid litiering begränsat användningen av kisel. Idag har kommersiella batterier endast 3-7 % av kisel i sina anoder på grund av dessa begränsningar.

Det föreslagna konceptet är att använda grafen för att förbättra den elektriska ledningsförmågan och för att förbättra anodens mekaniska styrka, tillsammans med att ge ett skydd av Si-partiklar för att minska problemet associerat med bildandet av SEI (fast elektrolytgränssnitt).

Grafen kommer att tillsättas i partikelstorleksreduceringsprocessen av kisel. En av den kritiska aspekten av det föreslagna konceptet är att reducera partikelstorleken av kisel under en viss tröskel för att förhindra den signifikanta nedbrytningen av lagringskapaciteten under lätnings- och av-litieringscykeln.

Även om liknande begrepp har utforskats tidigare kommer den primära distinktionen av innovation från användningen av proprietär ytkemi av kiselpartiklar och deras interaktion med grafen, den unika blandningsprocessen för att förhindra en legeringseffekt samtidigt som man tillhandahåller en intim blandning av grafen och kiselpulver. Potentialen i detta är enorm! För att utnyttja denna potential och för att påskynda kommersialiseringsprocessen är det redan nödvändigt att initiera en värdekedja redan vid denna tidpunkt. Samtidigt måste vi titta noga på frågan hur grafen och kisel påverkar batteriets ”livslängd”.

Målen för denna förundersökning är: 

  1. Ett bevis på konceptet grafen som möjliggörare för ökad mängd av kisel i anoder för litiumjonbatterier. 
  2. Initiering av en Supply Chain som kan kommersialisera idén.
  3. En mindre studie av livslängd och återvinningsproblem för att få en förståelse för hur kisel och grafen kommer att påverka dem.

 

Abstract in english

Graphene Energy

Silicon in lithium ion batteries (LIB) can significantly increase their storage capacity. However, the poor electrical conductivity of silicon and a very large volume expansion when lithiated have limited the use of silicon. Today commercial batteries only have 3-7 % of silicon in their anodes, due to these limitations.

The proposed concept is to use graphene to enhance the electrical conductivity and to enhance the mechanical strength of the anode, along with providing a protection of Si particles to reduce the problem associated with formation of the SEI (solid electrolyte interface). Graphene will be added in the particle size reduction process of silicon.

One of the critical aspect of the proposed concept is to reduce the particle size of silicon below a certain threshold to prevent the significant degradation of the storage capacity during lithiation and de-lithiation cycle. Although similar concepts have been explored before, the primary distinction of innovation comes from the utilization proprietary surface chemistry of silicon particles and their interaction with graphene, the unique mixing process to prevent an alloying effect while providing intimate mix of graphene and silicon powders.

The potential of this is immense! To exploit this potential and to speed up the commercialisation process it is necessary already at this point to initiate a value chain. Simultaneously, we need to look closely at the question of how graphene and silicon affects the “end of life” of a battery.

The goals of this pre-study are:
1. A Proof of concept of graphene as an enabler for an increased amount if silicon in anodes for lithium ion batteries.
2. Initiation of a Supply chain able to commercialize the idea. 3. A small study of the End of life and recycling problems to get an understanding how silicon and graphene will affect them.

Utlysning:
FoI-projekt och Genomförbarhetstudier (2) 2017

Projektpartners: 2D fab, VestaSi, Woxna Graphite, Uppsala universitet och Mittuniversitetet

Projektledare: Sven Forsberg

E-mail: sven.forsberg@2dfab.se

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: