Electrode engineering of metal-oxide-based materials for optimized lithium-ion batteries

Abstract

This dissertation explores the advancements in the design and manufacturing of lithium-ion batteries (LIB), with a focus on metal oxide-based materials and techniques used to enhance their performance. It discusses the processes to boost efficiency and environmental friendliness. The primary goal is to address the challenges of metal oxide electrodes in LIBs, particularly capacity degradation at high charge/discharge rates and expanding their operating voltage range. We are confident in our ability to enhance the characteristics of these electrodes through preparation methods. Our research investigates how different mixing techniques and variables can improve the performance and durability of these electrodes. Furthermore, this thesis describes our efforts to digitize the battery manufacturing process by introducing the DigiBatMat platform, a platform for battery materials and manufacturing processes. DigiBatMat drives advancements in battery technology by optimizing LIBs through data gathering and analysis, highlighting its crucial role in this field. Ultimately, this thesis provides insights into battery electrode engineering and supports initiatives to improve energy storage technologies and advance sustainability efforts.

Diese Dissertation befasst sich mit den Fortschritten bei der Entwicklung und Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien (LIB), wobei der Schwerpunkt auf Materialien auf Metalloxidbasis und Techniken zur Verbesserung ihrer Leistung liegt. Es werden die Verfahren zur Steigerung der Effizienz und der Umweltfreundlichkeit erörtert. Das Hauptziel besteht darin, die Herausforderungen von Metalloxidelektroden in LIBs anzugehen, insbesondere die Kapazitätsverschlechterung bei hohen Lade-/Entladeraten und die Erweiterung ihres Betriebsspannungsbereichs. Wir sind zuversichtlich, dass wir die Eigenschaften dieser Elektroden durch Präparationsmethoden verbessern können. Unsere Forschung untersucht, wie verschiedene Mischtechniken und Variablen die Leistung und Haltbarkeit dieser Elektroden verbessern können. Darüber hinaus beschreibt diese Arbeit unsere Bemühungen, den Herstellungsprozess von Batterien zu digitalisieren, indem wir die DigiBatMat-Plattform einführen, eine Plattform für Batteriematerialien und Herstellungsprozesse. DigiBatMat treibt den Fortschritt in der Batterietechnologie voran, indem es die LIBs durch Datenerfassung und -analyse optimiert, was seine entscheidende Rolle in diesem Bereich hervorhebt. Letztendlich bietet diese Arbeit Einblicke in die Batterieelektrodenentwicklung und unterstützt Initiativen zur Verbesserung von Energiespeichertechnologien und zur Förderung von Nachhaltigkeitsbestrebungen.