Projektet är avslutat

Electrolyte additives in Li-ion batteries

Antändlighet, gasutveckling, överbelastning och kemisk nedbrytning är faktorer som är viktiga för säkerheten hos batterier i elektriska fordon och hybrider. Doktorand Susanne Wilken studerar vilka effekter kemiska additiv har på nedbrytningen av elektrolyten i litiumjonbatterier, för att kunna förbättra säkerheten.

– Vårt mål är att hitta additiv som har en positiv effekt på elektrolyten, framförallt ur ett säkerhetsperspektiv, förklarar Susanne Wilken. Samtidigt får inte additiven påverka batteriernas prestanda.

Susanne Wilken vid dator.
Ovan: Infraröda spektra av elektrolyten i gasfas registreras som funktion av tid och temperatur, för att
sedan analyseras i detalj.

Hittills har forskarna granskat den termiska och kemiska nedbrytningen av elektrolyter i moderna litiumbatterier med olika tekniker. Undersökningarna har lett till ett nytt nedbrytningsschema, som detaljerat visar den inledande nedbrytning vid förhöjd temperatur som sker redan inom de första 30 minuterna.

Studien påvisar en polymerisation av de karbonatbaserade lösningsmedlen under kraftig gasutveckling. Resultaten antyder att man skulle kunna utnyttja additiv såsom dehydranter eller Lewis baser för att förhindra nedbrytningen. Studier av några joniska vätskor tyder på de skulle kunna fungera som brandhämmande additiv, framförallt på grund av den ökade solvatiseringen.

Pipett i flaska.

– Det optimala resultatet av forskningen vore att hitta ett extraordinärt additiv som förhindrar termisk nedbrytning eller gasutveckling i en vanlig elektrolyt, säger Susanne Wilken. Om vår forskning är framgångsrik skulle det leda till en avsevärd förbättring av batterisäkerheten och till ett lägre pris.

Handledare Patrik Johansson tillägger att även grundforskningen inom området, additiven undantagna, har dragit nytta av den noggranna analys som gjorts i projektet. Såväl industri som akademi har visat stort intresse för resultaten.

– Det här projektet visar på de möjligheter som finns och den styrka som grundläggande materialforskning har när det gäller att förstå energilagers begränsningar och samtidigt bibehållen säkerhet och kapacitet, säger Patrik Johansson.

Forskningen utförs i samarbete med KTH, UU, ZSW (Ulm, Tyskland), AB Volvo, Volvo Cars och Scania CV AB.

Ovan: Elektrolytberedning i den argonfyllda handskboxen.

Susanne Wilken disputerade i december 2014.

Läs mer: Susanne Wilkens forskning banar väg för säkrare fordonsbatterier >>

Läs avhandlingen >>

Ladda ner rapporten: Electrolyte additives in Li-ion batteries (42 KB)

Publikationer

Energy Storage Activities in the Swedish Hybrid Vehicle Centre K. Ciosek, S. Killiches, T. Zavalis, M. Behm, P.Johansson, K. Edström, P. Jacobsson, G. Lindbergh, World Electric Vehicle Journal, 3, 1 (2009)

Infrared spectroscopy of instantaneous decomposition products of LiPF6-based lithium battery electrolytes S. Wilken, P. Johansson, P. Jacobsson, Solid State Ionics (2012), doi:10.1016/j.ssi.2012.02.004

Additives in Organic Electrolytes for Lithium Batteries S. Wilken, P. Johansson, P. Jacobsson Advanced Lithium Batteries, Editors: Bruno Scrosati, K.M. Abraham, Walter van Schalkwijk, John Wiley (2013), DOI: 10.1002/9781118615515.ch3

Initial stages of thermal decomposition of LiPF6-based lithium ion battery electrolytes by detailed Raman and NMR spectroscopy S. Wilken, M. Treskow, J. Scheers, P. Johansson, P. Jacobsson, RSC Adv., (2013), DOI: 10.1039/C3RA42611D