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.
Tipo di misure che sono possibili da realizzare in questo laboratorio, con questo strumento/i
Formulazione di inchiostri anche con ball-milling, caratterizzazione di inchiostri, soprattutto di tipo reologico.
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
Durante questa prima annualità di progetto è stato effettuato uno studio sistematico sulla formulazione di inchiostri adatti alla stampa rotocalco nel caso specifico della realizzazione di catodi per batterie Litio-ione, allo scopo di individuare un metodo per l’automatizzazione della formulazione di inchiostri. La possibilità di rendere automatizzabile questa fase pre-stampa consentirà di accelerare il possibile sviluppo industriale della tecnica nel manufacturing delle batterie stampate. La metodologia proposta si basa essenzialmente sul Capillary number e prevede l’imposizione di vincoli dettati dal processo di stampa che, combinati con i parametri chimico-fisici degli inchiostri preparati, ottimizzino la qualità di stampa facendo sì che il Capillary number tenda all’unità. A tale scopo, sono stati selezionati due sistemi, ciascuno basato su un materiale attivo, nello specifico il litio ferro fosfato (LFP) e il litio manganese ossido (LMO), utilizzati come riferimenti in quanto ben noti in letteratura. Con questi materiali attivi sono stati preparati numerosi inchiostri che sono stati caratterizzati al fine di stimare il Ca nelle diverse condizioni di processo e di stampa. Questo studio ha consentito di individuare gli inchiostri che saranno stampati per formare gli strati catodici. Gli strati stampati, a loro volta saranno caratterizzati sia dal punto di vista morfologico che funzionale, in modo da validare la metodologia proposta. Dall’analisi di tali dati sarà possibile individuare la combinazione più opportuna dei parametri coinvolti, allo scopo di ottenere la migliore formulazione possibile in termini di compatibilità col processo e di qualità dello strato prodotto. Inoltre, sarà condotta una indagine dell’effetto della qualità di stampa sulla funzionalità e le performance dei catodi stampati. I risultati che si otterranno consentiranno di ridurre i tempi di set-up e il consumo di materiali e, di conseguenza, i costi di processo per la produzione delle future batterie stampate a basso costo.
REFERENTE/I
Maria Montanino G. Sico ENEA
P.le Enrico Fermi, 1, 80055 Portici
FIGURE CON RELATIVE DIDASCALIE ESAUSTIVE
Figura 1
Didascalia
Andamento della viscosità al variare dello shear rate @ 25°C per gli inchiostri di LMO che sono stati sottoposti a ball-milling (BM) e non (no BM).
Figura 2
Didascalia
Andamento della viscosità al variare dello shear rate @ 25°C per gli inchiostri di LFP che sono stati sottoposti a ball-milling (BM) e non (no BM).
Deliverable consegnati al SAL2
Rapporto tecnico dal titolo: “Definizione di una metodologia per la formulazione di inchiostri, finalizzata alla produzione di catodi per batterie Li/Na per stampa rotocalco, e risultati ottenuti”.
Livello di innovazione
La stampa rotocalco è la più diffusa industrialmente nel campo del packaging e della produzione di riviste. Di recente, il suo impiego è stato investigato per la produzione di strati funzionali ad alto valora aggiunto, come elettrodi per batterie litio-ione. A dispetto dei suoi possibili vantaggi, ad oggi, l’uso della stampa rotocalco è poco studiato per la produzione di batterie stampate, soprattutto a causa della necessità di formulare adeguati inchiostri a bassa viscosità, cioè molto diluiti, che rendono difficile il raggiungimento di opportuni mass loading dello strato stampato, necessari, soprattutto nella produzione degli elettrodi, affinché il dispositivo eroghi le capacità desiderate.
Inoltre, ogni volta che si usano materiali differenti è necessario formulare un nuovo inchiostro e determinare gli opportuni parametri di processo al fine di realizzare uno strato che mostri le funzionalità desiderate. In questa LA è stata individuata una metodologia, potenzialmente automatizzabile, per la formulazione di inchiostri principalmente basata sul Capillary number, sul quale nulla è attualmente presente in letteratura, con lo scopo di facilitare l’industrializzazione del processo di produzione.
Disseminazione
M. Montanino, A. De Girolamo Del Mauro, C. Paoletti, G. Sico, Inkformulation for gravure printed Lithium-ion batteries, Nanoinnovation, Roma 19-23 settembre 2022.
M. Montanino, La formulazione di inchiostri per la preparazione di catodi mediante la stampa rotocalco , Workshop IEMAP meeting, Frascati, 22 novembre 2022.
