SBIR Phase II: A New Class of High-Conductivity Solid-state Composite Electrolytes for Next-Generation Lithium Batteries

SBIR II 期:用于下一代锂电池的新型高电导率固态复合电解质

基本信息

  • 批准号:
    2111963
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 100万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-03-01 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovative Research (SBIR) Phase II project is the introduction of non-flammable, easy-to-manufacture solid battery electrolytes that are also compatible with lithium metal. The cell architecture seeks to ensure safety while enabling a significant improvement in the energy density. The teams also seeks to lower the costs of the lithium-ion batteries by eliminating extrinsic costs associated with thermal management and explosion containment. Safe, easy-to-manufacture electrolytes may alter the rate of electrification of the global economy. The next generation of battery powered medical devices, a large proportion of which are manufactured in the United States, may also benefit from the adoption of the new solid electrolyte. In addition, the proposed composite solid electrolyte aims to enable new cell architectures with significantly higher energy densities than what has been possible in liquid electrolyte systems to date.This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase II project will develop a non-flammable, high-conductivity composite, solid-state battery electrolytes that are compatible with mixed metal oxide cathode chemistries and cell manufacturing processes. The morphology of the composite electrolyte is such that it offsets disadvantages present in polymer electrolytes, as well as inorganic sulfide and oxide solid electrolytes, when they are used as monolithic materials. The unique heterostructures of the proposed solid electrolytes advance the current state-of-the-art by enabling faster diffusion of lithium ions through multiple pathways, while mitigating the growth of lithium dendrites. The electrolyte's nonflammable nature makes it a potential replacement for conventional liquid electrolytes in reducing fire hazards and reducing the costs of reqired thermal protection systems in lithium-ion batteries. The compatibility with lithium metal presents a unique opportunity for improvement in the energy density over currently used silicon-graphite anodes, that translates to a lower cost per unit of stored energy ($/kWh). An additional advantage is that these batteries do not require special handling and they are compatible with both spiral wound and planar battery form factors.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.
该小型企业创新研究 (SBIR) 第二阶段项目的更广泛影响/商业潜力是引入不易燃、易于制造且与锂金属兼容的固体电池电解质。该电池架构旨在确保安全性,同时显着提高能量密度。 该团队还寻求通过消除与热管理和爆炸遏制相关的外部成本来降低锂离子电池的成本。 安全、易于制造的电解质可能会改变全球经济的电气化速度。下一代电池供电的医疗设备(其中很大一部分是在美国制造)也可能受益于新型固体电解质的采用。此外,所提出的复合固体电解质旨在使新的电池架构的能量密度显着高于迄今为止液体电解质系统的能量密度。该小型企业创新研究(SBIR)第二阶段项目将开发一种不易燃、高能量密度的电池结构。 -与混合金属氧化物阴极化学物质和电池制造工艺兼容的导电复合材料、固态电池电解质。复合电解质的形态弥补了聚合物电解质以及无机硫化物和氧化物固体电解质在用作整体材料时存在的缺点。所提出的固体电解质独特的异质结构通过使锂离子能够通过多种途径更快地扩散,同时减轻锂枝晶的生长,从而推进了当前最先进的技术。该电解质的不易燃性质使其成为传统液体电解质的潜在替代品,可减少火灾危险并降低锂离子电池所需热保护系统的成本。与锂金属的兼容性为提高当前使用的硅石墨阳极的能量密度提供了独特的机会,这意味着每单位存储能量的成本更低(美元/千瓦时)。另一个优点是这些电池不需要特殊处理,并且与螺旋卷绕和平面电池形状因素兼容。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查进行评估,被认为值得支持标准。

项目成果

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