Laser-based in-line sintering of adapted ceramic materials for the manufacturing of solid-state battery cells (LASIBAT)

Nye generasjoner litium-ion-batterier vil spille en viktig rolle for fremtidens energisystem ved å lagre energi fra fornybare energikilder som sol- og vindkraft. De vil også bidra til avkarbonisering av transportsektoren og være viktig for all bærbar elektronikk. Det nåværende standard litium-ion-batteriet inneholder en elektrolytt av et litiumsalt løst i et flytende organisk løsningsmiddel. Slike batterier utgjør en alvorlig sikkerhetsrisiko på grunn av bruken av disse flytende organiske stoffene siden de er brannfarlige og flyktige; derfor utgjør enhver lekkasje en mulig fare. Et alternativ for å gjøre slike batterier sikrere vil være å heller bruke en fast elektrolytt som tillater transport av litium-ioner gjennom det faste stoffet i stedet for gjennom det flytende, såkalte faststoffbatterier. Utvikling av faststoffbatteriteknologi med elektrolytter som er laget av keramiske materialer kan gi hurtigladende batterier som er brannsikre, trygge under bruk og som tåler høye temperaturer. Dette er viktig både for bruk i biler, i mobiltelefoner, og i bærbare datamaskiner, samt i større batterisystemer for hus. Imidlertid er slike faststoffbatterier utfordrende å produsere. For eksempel forårsaker lange varmebehandlingstrinn ved høye temperaturer tap av litium på grunn av fordampning, noe som fører til redusert ledningsevne. Målet i LASIBAT-prosjektet er å utvikle en ny produksjonsprosess for faststoffbatterier basert på bruk av laser for å fortette det keramiske elektrolyttmaterialet ved høy temperatur ("sintring"). Lasersintring vil redusere varmebehandlingstiden betydelig og unngå litiumfordampning og dannelse av uønskede faser, samtidig som produksjonstiden og -kostnadene reduseres. LASIBAT-prosjektet har fem partnere hvorav to er fra Norge (Cerpotech og SINTEF).

The performance of conventional lithium-ion batteries is hindered by some technical and safety limitations. An alternative is the solid-state battery, where a solid electrolyte layer replaces the organic solvent and the separator. However, solid-state batteries are challenging to manufacture. Long sintering steps at high temperatures can cause reduced electrochemical performance. In LASIBAT, a scalable inline laser sintering process is developed for the manufacturing of solid-state batteries. Functional ceramic materials are adapted to the new and comparably fast laser sintering method. The new processing method is highly relevant for use in production of solid-state lithium-ion batteries for automobile applications or portable devices. The project will provide knowledge about the manufacturing of solid-state battery materials which creates great market potential for European battery manufacturers as well as companies producing and developing laser system technology.