Project R-6895

Titel

Verbetering van de prestaties van kathodes met NaCl-type structuur voor lithium batterijen door gebruik van redox reacties van het zuurstof subrooster om de migratie van de transitiemetaalkationen te beheersen

Abstract

De prestaties van Li ion batterijen voldoen nog lang niet aan de vereisten voor toepassingen in motorvoertuigen en slimme elektriciteitsnetwerken. Dit wordt in hoofdzaak bepaald door de kathode. De commercieel meest ontwikkelde kathode is LiCoO2, maar er bestaat een beter alternatief:LiNixMnxCo1-2xO2 (NMC). Het beste NMC lijdt echter nog steeds aan een zwakke elektrodekinetiek en groot voltageverval gedurende herhaaldelijke laad/ontlaad cycli. Dit is te wijten aan structurele herschikkingen gedurende laden en ontladen. 1) Wanneer Li de structuur verlaat tijdens de laadcyclus, kan het transitiemetaal (TM) kation migreren naar de lege Li sites. Hierdoor verkleinen deze holtes, waardoor zij ontoegankelijk worden voor het Li kation wanneer dat terugkeert. 2) Aan het oppervlak van de kathode, wordt een ongeordende Li-arme laag gevormd zonder diffusiekanalen. Indien het zuurstof subrooster enkel een passieve rol speelt als rigiede kader voor de kationbewegingen, blokkeert deze laag de Li extractie/insertie. 3) Er is een verlies van kationen en zuurstof door interactie met het elektrolyt. Voor specifieke verbindingen met dezelfde structuur als NMC, vertoont het zuurstof subrooster zelf echter ook redoxactiviteit, wat gepaard gaat met reversibele TM kation migratie. Wij stellen voor de reversibiliteit van de structurele transformatie ook in NMC te engineeren, door de TM kation migratie te koppelen met redoxveranderingen in het zuurstof subrooster door middel van specifieke TM kation vervanging. We stellen ook voor een Li-ion geleidende coating te ontwikkelen om het contact tussen elektrolyt en kathode te voorkomen en zo het zuurstofverlies en kationverlies tegen te gaan om de capaciteitsretentie te verbeteren.

Periode

01 januari 2016 - 31 december 2019