Development and optimisation of high-weight electrode formulations for Li-ion batteries

Sammanfattning

Elektrifiering av transportsektorn är avgörande för att motverka den globala uppvärmningen efter-som förbränning av fossila bränslen i fordon är en av de största källorna till CO2-utsläpp. Elfordonets räckvidd beror på batteriets energitäthet, medan hastigenten för laddningen bestäms av effekttätheten. Efterfrågan ökar på batterier som kan lagra stora mängder energi och samtidigt tillåter snabb laddning. Denna uppsats fokuserar på att förbättra energitätheten genom tillverkning av tjocka positiva elektroder. En reproducerbar tillverkningsprocess utvecklades med hjälp av faktorförsök (DOE-metod) för att optimera nyckelparametrar och uppnå kontroll över elektrodens tjocklek och massa. Studien belyser det starka sambandet mellan porositet och mängd aktivt material för cyklingsstabilitet, där ett optimalt porositetsintervall på 39–40 % identifierades vid en fast mängd. Vid större mängder material leder dock ökadr diffusionsavstånd för litiumjonerna till större polarisering och diffusionsmotstånd, vilket begränsar prestandan vid höga urladdningsströmmar, trots optimerad porositet. Dessa resultat stöds av Autolion-modellering, som också identifierar partikelstorlek som en avgörande faktor för att förbättra prestanda vid höga laddningsströmmar. Även om fokus för arbetet handlar om utvecklingen av tjocka elektroder, belyser det ett behov av en övergång till hållbara torra tillverkningsmetoder i stället för våt bearbetning med toxiska lösningsmedel. En sådan övergång skulle minska miljöpåverkan, minskalösningsmedelsrelaterade risker och sänka tillverkningskostnaderna. Denna forskning understryker det fortsatta behovet av optimering inom elektroddesign och tillverkning för att förbättra energilagringslösningar för nästa generations batterier.