Nouvelle énergie

Les batteries au lithium connaissent un développement rapide et leurs applications se sont étendues des téléphones portables et des ordinateurs portables aux véhicules électriques, aux systèmes de stockage d'énergie et à d'autres domaines. Elles sont devenues un élément indispensable des réseaux mobiles actuels.

Les difficultés techniques liées à la recherche et au développement des batteries lithium-ion sont les suivantes :

1) Dispersion uniforme des matériaux d'électrode et des particules de matériau conducteur ; stabilité au stockage de la suspension ;
2) Problèmes de mouillage lors du revêtement uniforme à grande vitesse de substrats à faible énergie de surface (tels que PE, PP) ;
3) Contrôle de la mousse pendant la production et la construction.

Dans le processus de fabrication des batteries au lithium, une bonne dispersion des particules est essentielle pour contrôler les propriétés d'interface et obtenir un revêtement collecteur de courant optimal. Dans les suspensions conductrices ou les suspensions d'électrodes, les additifs améliorent la dispersion et la stabilité des matériaux carbonés conducteurs ou des matériaux actifs, et permettent de disperser uniformément les particules actives dans les matériaux d'électrodes. Ceci empêche leur agglomération lors de la préparation, permettant ainsi une production et une préparation plus homogènes des revêtements d'électrodes. On peut citer, par exemple, les agents mouillants pour stabiliser les particules céramiques et les additifs qui améliorent la mouillabilité des substrats.

1. Dispersant pour suspension aqueuse d'électrode

Les suspensions pour batteries lithium-ion se composent principalement de deux systèmes : aqueux et huileux. Le système le plus répandu actuellement est le système huileux PVDF/NMP pour l’électrode positive, qui représente jusqu’à 90 % du total, les 10 % restants étant un liant hydrosoluble ; la suspension pour électrode négative est un système aqueux graphite/CMC/SBR.
La suspension d'électrode idéale doit posséder d'excellentes propriétés rhéologiques afin de pouvoir être déposée de manière stable et uniforme sur la surface du collecteur de courant, tout en assurant une dispersion uniforme et stable des particules solides, sans sédimentation ni agglomération spontanées, et de pouvoir former une microstructure d'électrode interconnectée.
En raison des forces de van der Waals (ou attraction électrostatique) et de la gravité, les particules en suspension ont tendance à s'agglomérer ou à se déposer. Ceci affecte considérablement l'homogénéité de la dispersion des composants de la suspension et sa stabilité globale face à la sédimentation. Les liaisons hydrogène et les forces électrostatiques, relativement fortes, sont plus susceptibles d'exister dans les suspensions aqueuses, ce qui favorise l'agglomération des particules.
Par conséquent, les suspensions à base d'eau nécessitent généralement l'ajout de agents mouillants et dispersants, ce qui peut empêcher les particules de se réagréger grâce aux principes de répulsion électrostatique et/ou d'encombrement stérique, rendant ainsi l'agent conducteur et le matériau actif plus uniformément dispersés, assurant ainsi la stabilité à long terme de la suspension.

2. Additifs pour la suspension de revêtement de diaphragme

La clé du revêtement des diaphragmes réside dans la mise au point d'une formule de suspension céramique.
Les barbotines céramiques utilisent généralement des poudres inorganiques ultrafines (telles que l'alumine et la boehmite) pour améliorer la sécurité et les propriétés mécaniques de la batterie. Cependant, la grande quantité de liaisons insaturées présentes à la surface de ces poudres inorganiques leur confère une énergie de surface élevée et les rend sujettes à la floculation dans la barbotine, ce qui affecte considérablement la stabilité de la barbotine céramique.
Pour préparer un diaphragme à revêtement céramique performant, il est généralement nécessaire d'ajouter… liants, dispersants, agents mouillants, épaississants, agents de nivellement, antimousses, etc. à la boue.

1) Agent mouillant et dispersant

Il réduit la viscosité de la suspension et augmente sa teneur en matières solides ; il peut favoriser la dispersion uniforme des particules céramiques dans le milieu pour former une suspension stable.

2) Agent antimousse

Le processus de dispersion des particules céramiques s'accompagne souvent de la formation et de la stabilisation de mousse. Il est donc nécessaire de démousser la dispersion céramique avant le revêtement afin de garantir un revêtement sans défaut et d'éviter la formation de micro-perforations dues à des bulles internes.

3) Agent mouillant le substrat

Ce procédé améliore la mouillabilité des suspensions céramiques aqueuses sur les substrats hydrophobes et le nivellement des revêtements minces, et permet d'ajuster l'énergie de surface du revêtement afin d'améliorer la mouillabilité par l'électrolyte. Il permet également d'augmenter la vitesse de dépôt et d'optimiser l'adhérence du revêtement.

4) Épaississant

Il est utilisé pour augmenter la viscosité de la suspension, modifier les propriétés physiques de la suspension, éviter l'affaissement pendant le processus de revêtement et stabiliser la suspension afin d'améliorer ses performances de stockage.