Grafenförbättrad bindemedelsfri katodformulering för nästa generations litiumjonbatterier (GraFREE)

Resultat

Syftet har varit att utveckla en bindemedelsfri elektrod för mer hållbara litiumjonbatteri-tillämpningar genom att kombinera funktionaliserad grafen (Aros® grafen), litiumjärnfosfat, kortkedjig tvärbindare och mjukgörare.

Flera metoder och grafenbaserade material testades och bland dem undersöktes fyra olika tillvägagångssätt ytterligare. Den första upptäckten indikerar att när Aros grafen används är det möjligt att erhålla en fristående elektrod från en vattenbaserad formulering med en metod med lösningsmedel och gjutning. Den utvecklade fristående filmen innehåller funktionaliserad grafen (Aros grafen), litiumjärnfosfat (LFP), tvärbindare och mjukgörare. Med detta nya tillvägagångssätt och implementering av modifierad grafen eliminerades både fluorpolymeren (PVDF) och det giftiga organiska lösningsmedlet (NMP) från den traditionella slurry-baserade elektrodtillverkningsprocessen, helt i linje med den mer hållbara metoden.

Emellertid visade preliminär data att de framställda filmerna som producerats på detta vis blev för spröda för att användas i den konventionella elektrodtillverkningsprocessen. Därför behövs ytterligare optimering av filmens mekaniska och elektrokemiska egenskaper.

Abstract in English

Graphene-enhanced binder-free cathode formulation for next-generation lithium-ion batteries (GraFREE)

Results

The aim of this project has been to develop a binder-free electrode for more sustainable lithium-ion battery applications by combining functionalized graphene (Aros® graphene), lithium iron phosphate, short-chain crosslinker, and plasticizers.

Several methods and graphene-based materials were tested and among them four different approaches were further investigated. The initial finding indicates that when Aros graphene is used, it is possible to obtain a free-standing electrode from an aqueous-based formulation using a solvent casting method.

The developed free-standing film contains functionalized graphene (Aros graphene), lithium iron phosphate (LFP), cross-linker and plasticizer. With this new approach and implementing modified graphene, both the fluoropolymer (PVDF) and the toxic organic solvent (NMP) were eliminated from the traditional slurry-based electrode manufacturing process, in line with more sustainable lithium-ion battery approach taken in this investigation

However, from these preliminary data the films produced with the new method, were too brittle to be used in the current electrode manufacturing process. Therefore, further optimization of the film in terms of both mechanical and electrochemical properties is needed.

Utlysning:
Genomförbarhetsstudier SIO Grafen, våren 2021

Projektpartners: RISE, Graphmatech

Projektledare: Anwar Ahniyaz, RISE

Projektform: Genomförbarhetsstudie

Bidrag: 300 000 kr

Projektets löptid: augusti 2021 – april 2022

Relaterade styrkeområden: