Atomaire laag depositie van beschermende coatings voor lithium-ion batterijen

Groep: CoCooN

Promotor: Christophe Detavernier en Jolien Dendooven

Begeleiding: Lowie Henderick

Inlichtingen: tel. 09/264.43.42 of contacteer rechtstreeks een betrokken persoon (de contactgegevens opvragen door op de naam te klikken)

Een batterijelektrode (anode of kathode) bestaat uit een mengeling van actief materiaal (bv. een vorm van cobalt oxide), een elektronische geleider zoals carbon black, en een zogenaamde binder. Dit mengsel wordt op een current collector zoals koper of aluminiumfolie uitgesmeerd. Het aanbrengen van een ultra-dunne beschermende coating rond het elektrodemateriaal kan de stabiliteit en de levensduur van de batterij verlengen. Cruciale parameters hierbij zijn de ionaire en elektronische geleidbaarheid van deze coating, die beiden bij voorkeur zo hoog mogelijk zijn zodat het elektrodemateriaal vlot toegankelijk blijft voor zowel Lithium ionen als elektronen. In het ideale geval kan een goed geleidende coating er zelfs voor zorgen dat we de batterij sneller kunnen opladen en dat we meer actief elektrodemateriaal kunnen gebruiken in eenzelfde volume. Op die manier zorgt de coating niet alleen voor een langere levensduur van de batterij, maar ook voor een meer efficiënte werking, in de zin dat we meer energie op een snellere manier kunnen opslaan.

 

De complexe vorm van het elektrode oppervlak sluit het gebruik van line-of-sight depositietechnieken uit. Atomic Layer Deposition (ALD), een depositietechniek die precursoren uit de gasfase laat chemisorberen aan het oppervlak, kan gebruikt worden  om extreem dunne, conformele coatings uniform over het volledige elektrodeoppervlak af te zetten. De doelstelling van dit project betreft het gebruik van deze ALD techniek om beschermende coatings met een hoge elektronische en ionaire geleidbaarheid af te zetten op batterij elektrodes.

In dit project zullen ALD processen ontwikkeld worden om verschillende fosfaatcoatings te deponeren. De gegroeide lagen zullen gekarakteriseerd worden met X-stralen-reflectie, -diffractie en -fluorescentie. Vervolgens zullen de coatings functioneel geevalueerd worden in een Argon-gevulde handschoenkast, waarbij het effect van de coating op het laden/ontladen van het onderliggende elektrodemateriaal onderzocht zal worden. De coating zal hierbij eerst gekarakteriseerd worden op een vlakke testelektrode, waarbij zowel de ionaire als elektronische geleidbaarheid in detail onderzocht kunnen worden. Een materiaal met goede karakteristieken kan dan uiteindelijk gedeponeerd worden op een relevante poeder-elektrode.

Op die manier brengt de thesis inzicht in depositietechnieken, dunne-film karakterisering, materiaalfysica en batterijtechnologie.