Libérer le potentiel des batteries lithium-ion avec des liants avancés


Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans diverses applications, mais nécessitent des liants améliorés pour améliorer leurs performances et répondre à l'évolution des demandes. En effet, l'oxyde de silicium (SiO), un matériau d'anode prometteur en raison de sa capacité élevée et de son faible coût, est confronté à plusieurs défis. Ceux-ci incluent une mauvaise conductivité, qui entraîne des taux de charge plus lents et une expansion significative pendant la charge. Des liants efficaces sont donc essentiels pour résoudre ces problèmes et garantir des performances améliorées et une durabilité prolongée des systèmes de batteries lithium-ion.

Dans une étude récente publiée dans la revue Matériaux énergétiques appliqués ACS le 8 février 2024, le professeur Noriyoshi Matsumi de l'Institut avancé des sciences et technologies du Japon (JAIST), ainsi que le doctorant Noriyuki Takamori, l'ancien maître de conférences Rajashekar Badam, le Dr Tejkiran Pindi Jayakumar (ancien étudiant) et des chercheurs de Maruzen Petrochemical Company Ltd., a utilisé l'acide poly(vinylphosphonique) (PVPA) comme liant pour les électrodes micro-SiO, obtenant ainsi des performances supérieures par rapport aux cellules conventionnelles.

Selon le professeur Matsumi, « le liant PVPA devrait s'avérer très utile pour prolonger la durée de vie des batteries secondaires lithium-ion hautes performances. En particulier dans l'application des véhicules électriques, il y a eu un vif intérêt pour permettre une longue durée de vie des batteries lithium-ion. ” Piles secondaires ioniques. L'utilisation du PVPA offrira des alternatives améliorées aux liants disponibles dans le commerce, tels que le poly (acide acrylique) (PAA) et le poly (fluorure de vinylidène) (PVDF), etc. “

L'étude impliquait la fabrication d'électrodes contenant du PVPA, du PAA et du PVDF comme liants, et leurs performances ont été évaluées au moyen d'expériences électrochimiques et de la théorie fonctionnelle de la densité. Le PVPA a démontré une adhérence nettement plus forte (3,44 N/m) sur un support en cuivre par rapport au PAA conventionnel (2,03 N/m), conduisant à une durabilité considérablement améliorée des batteries lithium-ion.

La cellule à base de PVPA a également fourni une capacité de décharge presque deux fois supérieure à celle de la cellule à base de PAA après 200 cycles, la demi-cellule à base de PVPA atteignant 1 300 mAhg.-1SiO après le même nombre de cycles. Même après 200 cycles de charge-décharge, aucune exfoliation du collecteur de courant n’a été observée en microscopie électronique à balayage, contrairement aux liants PVDF ou PAA. De plus, la plus forte adhésion du PVPA aide à stabiliser l’anode à base de SiO, empêchant son exfoliation même en cas d’expansion significative du volume.

De plus, Maruzen Petrochemical Company Ltd., dont les chercheurs ont participé à l'étude, a mis en place un processus de production industrielle de PVPA. La collaboration continue entre JAIST et Maruzen Petrochemical Company Ltd., ainsi que l'inclusion d'une expertise supplémentaire en matière de production de batteries de la part de l'entreprise, pourraient encore accélérer le processus vers des applications réelles. Des brevets pour cette technologie ont été déposés au niveau national (Japon) et à l'international dans le cadre d'une demande conjointe de JAIST et Maruzen Petrochemical Company Ltd.

« Un liant industriellement réalisable et hautement performant comme celui-ci contribuera au développement de technologies pour des batteries très durables et à haute densité énergétique. Cela se traduira par une adoption plus large des véhicules électriques dans le monde entier sans se soucier de la dégradation des performances sur une période plus longue. les matériaux peuvent également être applicables à une variété de véhicules électriques tels que les trains, les navires, les avions, etc., à l'avenir », envisage le professeur Matsumi.

En résumé, les scientifiques ont développé un liant fonctionnel utilisant de l'acide poly(vinylphosphonique) pour les anodes à base de SiO dans les batteries lithium-ion. Ce liant à faible coût améliore les performances par rapport aux options conventionnelles et représente une nouvelle avancée pour les applications à base de micro-SiO dans les véhicules électriques et au-delà !

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