STTR Phase II: Multi-functional, Scalable Graphene-Based Protective Coatings for High Energy Density Lithium-Ion Cathodes

STTR 第二阶段:用于高能量密度锂离子阴极的多功能、可扩展的石墨烯基保护涂层

基本信息

  • 批准号:
    2036267
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 99.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-12-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Technology Transfer (STTR) Phase II project is to enable improved safety for next generation lithium-ion batteries, used in many applications, such as electronics, electric vehicles, and other specialty applications. With a projected growth over 10% annually over the next decade, the lithium-ion cathode material market is expected to exceed $30 B by 2030, creating a significant commercial potential. This project will develop a coating to improve the durability, capacity, and low-temperature performance of lithium-ion batteries; it will be deployed industrially in a modular and flexible fashion. This STTR Phase II project proposes to develop and validate an industrial manufacturing prototype of a graphene-based coating technology for rapid commercialization of emerging high-performance cathode materials. The resulting innovation will demonstrate the commercial viability of the graphene functionalization to address key technical issues facing the next-generation Ni-rich high energy density cathodes such as chemical instability, narrow operating conditions, and high cell impedance growth. This technology provides a comprehensive solution to precisely target these pain points through integration of nanotechnology with traditional lithium-ion battery systems. The overarching goals of the proposed research activities include (1) development of fully continuous-flow graphene-based coating precursor production; (2) implementation of pilot-scale roll-to-roll graphene-based coating process for Ni-rich cathode microparticles; (3) development and validation of alternate coating pathways for early validation, and (4) pouch cell prototyping efforts for commercial validation of increases in cycle life, chemical stability, and rate and temperature performance. This project will advance the technology for seamless integration into existing battery manufacturing lines.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.
该小型企业技术转让 (STTR) 第二阶段项目的更广泛影响/商业潜力是提高下一代锂离子电池的安全性,该电池用于许多应用,例如电子、电动汽车和其他专业应用。 预计未来十年锂离子正极材料市场每年增长超过10%,到2030年预计将超过30 B,创造巨大的商业潜力。该项目将开发一种涂层,以提高锂离子电池的耐用性、容量和低温性能;它将以模块化和灵活的方式进行工业部署。该 STTR 二期项目拟开发并验证石墨烯基涂层技术的工业制造原型,以实现新兴高性能正极材料的快速商业化。由此产生的创新将证明石墨烯功能化的商业可行性,以解决下一代富镍高能量密度阴极面临的关键技术问题,例如化学不稳定性、狭窄的操作条件和高电池阻抗增长。该技术通过纳米技术与传统锂离子电池系统的集成,提供了精确针对这些痛点的全面解决方案。拟议研究活动的总体目标包括(1)开发完全连续流动的石墨烯基涂层前体生产; (2) 实施富镍正极微粒卷对卷石墨烯基涂覆工艺中试; (3) 开发和验证替代涂层途径以进行早期验证,以及 (4) 软包电池原型制作工作,以对循环寿命、化学稳定性以及倍率和温度性能的提高进行商业验证。该项目将推进无缝集成到现有电池生产线的技术。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优势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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