LINEA DI ATTIVITÀ
LA2.13, LA2.14, LA2.15
Strumento/i principale utilizzato per IEMAP (o in generale il tipo di laboratorio)
Laboratorio di stampe innovative, stufa da vuoto, bilancia analitica, reometro rotazionale, ball-milling, angolo di contatto, stampante rotocalco, microscopia a scansione elettronica, ciclatore.
Tipo di misure che sono possibili da realizzare in questo laboratorio, con questo strumento/i
Stampa di strati funzionali, caratterizzazione morfologica degli strati stampati, caratterizzazione elettrochimica degli strati stampati.
Applicazione (su quali materiali è stato utilizzato)
Litio manganese ossido, Litio ferro fosfato, sale sodico della carbossimetil cellulosa, isopropanolo, carbone super P.
Descrizione risultati raggiunti SAL2
Nell’ambito specifico della produzione di nastri catodici per batterie litio-ione, è stata validata la metodologia proposta durante l’annualità precedente, finalizzata alla formulazione degli inchiostri e alla scelta dei parametri di processo tali da ottenere una elevata qualità di stampa. Per questa sperimentazione sono stati scelti due materiali attivi di riferimento quali lo LFP e lo LMO. Sono stati preparati e caratterizzati numerosi inchiostri al variare di diversi parametri raccogliendo una serie di dati. Le proprietà degli inchiostri sono state combinate con i parametri di processo in modo da ottenere un Ca che approssimi l’unità fornendo una elevata qualità grafica dello strato stampato. Sono state effettuate diverse prove di stampa per determinare il numero di starti da sovrapporre al fine di ottenere un mass loading adeguato agli usi pratici. Nelle condizioni individuate, sono stati stampati catodi che sono poi stati caratterizzati dal punto di vista morfologico e funzionale. I risultati ottenuti hanno consentito di verificare che ad una buona qualità di stampa corrispondesse una appropriata funzionalità. In questo modo è stata validata la metodologia proposta che potrà risultare un utile strumento per la potenziale automatizzazione della formulazione di inchiostri con un notevole risparmio di tempo e costi del set-up di processo.
REFERENTE/I
M. Montanino G. Sico ENEA
P.le Enrico Fermi, 1, 80055 Portici
FIGURE CON RELATIVE DIDASCALIE ESAUSTIVE
Figura 1
Didascalia
Immagini superficiali dei catodi stampati a base di LFP con inchiostri che hanno subito ball-milling (B e B’) e non (A e A’).
Figura 2
Didascalia
Capacità specifica in funzione del numero di cicli per i catodi a base di LFP stampati con inchiostri che hanno subito ball-milling (BM) e non (no BM).
Deliverable consegnati al SAL2
Rapporto tecnico dal titolo: “Validazione del processo automatizzabile di formulazione degli inchiostri mediante stampa rotocalco di catodi per batterie a litio o sodio e caratterizzazione dei materiali preparati”.
Livello di innovazione
Il crescente interesse per le batterie stampate è alla base del presente studio che mira all’implementazione della stampa rotocalco nella produzione industriale di tali dispositivi.
Per promuovere l’utilizzo industriale della tecnologia proposta si è reso necessario affrontare la sfida relativa alla formulazione di opportuni inchiostri. La stampa rotocalco, grazie alla sua capacità di coniugare alta velocità di produzione ad alta qualità di stampa, è particolarmente interessante per la realizzazione a basso costo di strati funzionali essendo particolarmente adatta alla produzione di strati omogenei e riproducibili. Inoltre la stampa rotocalco è una tecnica altamente scalabile ed è largamente diffusa in ambito industriale. Ad oggi però il suo impiego è ancora esclusivamente dedicato alla grafica. La necessità di utilizzo di inchiostri a bassa viscosità rende complessa la realizzazione di strati con adeguata funzionalità ed opportuni mass loading, specialmente in casi di materiali compositi come i catodi per le batterie. Durante la precedente annualità è stata proposta una metodologia, potenzialmente automatizzabile, per la formulazione di inchiostri idonei alla stampa rotocalco di strati catodici per batterie litio-ione, basata sul Capillary number che approcci l’unità.
Durante questa annualità, sono state effettuate campagne di stampa con gli inchiostri selezionati nella LA2.13 per individuare i parametri di processo ottimali. Gli strati prodotti sono stati caratterizzati dal punto di vista morfologico e funzionale, consentendo di validare la metodologia proposta, verificando che una buona qualità di stampa garantisce la funzionalità dello strato prodotto. Tale metodologia consentirà di ridurre i tempi di set-up e lo spreco di materiali relativi alle operazioni di pre-stampa, favorendo il possibile utilizzo industriale della tecnica nella realizzazione di batterie stampate a basso costo.
Disseminazione
M. Montanino, C. Paoletti, A. De Girolamo Del Mauro, G. Sico, “Gravure printed composites based on Lithium Manganese Oxide: a study case for Li-ion batteries manufacturing”, 11th International TOP conference, Ischia 12-15 giugno 2023.
M. Montanino, C. Paoletti, A. De Girolamo Del Mauro, G. Sico, “The influence of the gravure printing quality on the layer functionality: the study case of LFP cathode for Li-ion batteries”, Coatings, manuscript accepted july 2023.
