Tilbake til søkeresultatene

ENERGIX-Stort program energi

Surface treatment of Artificial Graphite for Anodes in Lithium-Ion Batteries

Alternativ tittel: Overflatebehandling av syntetisk grafitt for anoder i litium-ion batterier

Tildelt: kr 8,0 mill.

Prosjektnummer:

309351

Prosjektperiode:

2020 - 2022

Midlene er mottatt fra:

Organisasjon:

Geografi:

Grafitt er i dag det dominerende anodematerialet for litium-ion batterier (LIB) og utgjør rundt 15 % av batterivekten. Under lading vil Li-ioner gå inn mellom lagene i grafitten. Litiumdiffusjonshastigheten rundt partiklene og inne i grafittpartiklene er generelt langsom..Jo mer du lader batteriet, jo flere Li-ioner blir lagret i grafitten. Dette vil videre gjøre det vanskeligere å fylle flere Li-ioner i grafitten og begrense hvor raskt batteriet kan lades uten å forårsake skade. Under SAGA prosjektet har overflatebehandling av grafittmaterialer blitt brukt for å forbedre grafittens egenskaper for hurtig-lading og -utlading i LIB. Både konvensjonelle og alternative miljøvennlige produksjonsmetoder er blitt benyttet. Alle de overflatebehandlede grafittmaterialene produsert i SAGA viste lignende egenskaper og hadde lik ytelse som kommersielt tilgjengelige grafittmaterialer med overflatelag. I den første delen av prosjektet ble grafittoverflaten modifisert i reaktorer på laboratorieskala. Med støtte fra SINTEF ble det i 2021 utviklet en rask og enkel fysisk karakteriseringsmetode for å overvåke og kontrollere kvaliteten på overflatelaget. I første halvdel av 2022 ble prosessen optimalisert for pilotskala produksjon med fokus på å oppnå grafittmaterialer med samme kvalitet som på lab-skala. Noen av grafittproduktene som ble utviklet i prosjektet ble også testet hos kunder og fikk positive tilbakemeldinger. Resultatene fra SAGA vil bli benyttet under utviklingen av Vianode sin planlagte fullskala fabrikk for syntetisk grafitt i Porsgrunn. Målet er å teste grafitten i LIB-celler produsert ved pilot-linjene hos større LIB produsenter og validere produksjonsprosessen for syntetisk grafitt. Nye anodegrafittprodukter skreddersydd for hurtiglading forventes å bli produsert som et resultat av overflatemodifikasjonsprosessene utviklet i SAGA. Dette vil etablere Vianode som et av produksjonsanleggene utenfor Asia med kapasitet til å levere anodegrafitt til LIB og derved møte den økende etterspørselen i Europa, spesielt for batterier til elektriske kjøretøy. En forbedret hurtigladeytelse av Li-ion batterier vil sørge for en raskere og bredere implementering av LIB i samfunnet og føre til en fossilfri og elektrisk fremtid.

The project results will be directly utilized in the ongoing pre-industrial project in Vianode at Porsgrunn where the aim is to validate the production process of artificial graphite with lithium-ion batteries manufacturers in their pilot plant. New anode graphite products tailored for fast charge applications are expected to be produced as a result of the surface modification processes developed within SAGA. This will furthermore establish one of the only production facilities outside Asia with capability of delivering anode graphite to lithium-ion batteries for the growing demand in Europe, in particular for batteries to electric vehicles. An improved fast charge performance will also make sure that lithium-ion batteries will see a broader and faster implementation thus moving the society towards a fossil free and electric future. Replacing fossil feedstocks for graphite production with bio-carbon (for surface modification) and recycled graphite will be important for future growth of the industry as part of a circular economy.

Elkem is planning industrial scale production of artificial graphite for anodes in lithium-ion batteries in the coming years, to be able to supply the growing demand in Europe for lithium-ion batteries. Particularly the battery demand for electric vehicles will be high, which requires high performance material capable of fast charge without compromising lifetime, energy density and safety. EU has a strong focus on sustainability throughout the value chain, and securing raw materials in Europe with low carbon footprint is highly valued. The idea of this project is therefor to improve the fast charging capability and reduce the carbon footprint of artificial graphite. This will be accomplished by increasing the first generation product life of graphite and developing second generation products of recycled and bio based graphite materials. Charging of lithium-ion batteries, and in particular fast and low temperature charging of graphite is the most important ageing mechanism in lithium- ion batteries so will be the focus for extending the first generation product life. The technical approach will focus on advanced surface treatments and mixed potential composite surface designs to encourage fast ion transport through the solid electrolyte interface. Reuse of graphite from end of life lithium-ion cells with new surface treatment methods and replacement of virgin fossil based coating materials with bio materials will be the technical approach for second generation materials.

Budsjettformål:

ENERGIX-Stort program energi