Novel environmentally friendly production methods for improved Li-ion batteries

Utviklingen innen Li-ionebatteri har kommet langt allerede og er per i dag den ledende teknologien innen batterier til bærbart elektronisk utstyr. Men det er fremdeles forbedringspotensialer både innen egenskaper til materialene som brukes til elektrodene og i forhold til produksjonsprosessene. Dette prosjektet er todelt og har derfor to hovedmål. Det ene målet fokuserer på å bedre egenskapene til elektrodematerialene som benyttes i Li-ionebatterier, og det andre er å modifisere produksjonsprosessen til elektrodene for å gjøre den mer miljøvennlig. Det første målet har vi faktisk oppnådd ved å benytte et helt nytt materiale som anode i Li-ionebatteriet. Dette materialet er basert på kiselalger som er hentet opp fra havet. Disse er natrulig nanostrukturerte materialer laget av silisium oksid. Materialene kan brukes uten veldig mye forbehandling. Silisim oksidet er kombinert med et vannløselig bindemiddel som er basert på alginater. Dette nye bindemiddelet gjør at kostnadene forbundet med produksjonsprosessen for elektrodene er betydelig redusert, samt at prosessen er mye mer miljøvennlig. Resultatene som er oppnådd i dette prosjektet, kan potensielt øke kapasiteten til et full-celle-batteri med opp mot 40%. Vi jobber nå med en patentsøknad for å patentere materialet og produksjonsprosessen.

There are continuous global challenges related to emissions and security of supply of energy. The ambition of the European Strategic Energy Technology Plan (SET-plan) is within 2020 to reduce GHG emissions by 20%, increase amount of renewable energy sourc es in the energy mix to 20%, and reduce the primary energy use by 20%. Many solutions are proposed in order to reach this goal, and improvements in both stationary and portable energy storage will play significant roles on the path to success. With this i n mind, the battery research group at NTNU in Trondheim has for the past few years worked on development of new electrode materials for Li-ion and Mg-ion batteries based on benign and abundant elements as well as developing new and more environmentally fr iendly synthesis routes, particularly for cathode materials. On the road to developing more environmentally friendly batteries, it is necessary to consider the materials used to fabricate the electrodes such as binders and solvents. Currently, the most co mmon binder used is poly-vinylidene fluoride (PVDF) which must be dissolved in N-methyl-2-pyrrolidene (NMP). NMP have amongst other things been identified as a reproductive toxicant and long term exposure can be quite harmful. It is therefore desirable to replace NMP with another solvent. In order to achieve this, it is necessary to find other suitable binders which can be dissolved in less toxic and more environmentally friendly solvents. The first part of this project will therefore focus on finding alt ernative solutions to binder materials. The second part of this project will be to continue the development of Li2FeSiO4/C as cathode material. The main focus will be on improving the electronic and ionic conductivities of the material, which will be done by attempting to replace small amounts of Si with elements such as V, Al and P.