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Piles au lithium-ion

Les batteries Lithium-Ion sont des dispositifs rechargeables dont les performances et l'efficacité sont supérieures à celles des batteries alcalines et zinc-carbone traditionnelles non rechargeables, ceci grâce à leur densité énergétique élevée, leur résistance à l'autodécharge et leur effet mémoire réduit. Les batteries Li-Ion sont largement utilisées pour l'électronique grand public (téléphones mobiles, tablettes, ordinateurs portables...), l'automobile (véhicules électriques EV), et le stockage d'énergie à grande échelle. La caractérisation des propriétés physiques des différents composants - électrodes, séparateur, électrolyte - est cruciale en recherche et développement pour améliorer leurs performances (capacité, durabilité...), ainsi que pour le contrôle de la qualité et des procédés de production.

Alfatestlab dispose des technologies et des compétences pour répondre à vos besoins de caractérisation des batteries Lithium-Ion

  

Caractérisation des propriétés des électrodes

Porosité, taille et forme des particules, densité de tassement, viscosité : toutes ces caractéristiques influencent les performances (durée de vie, cycle de charge) et la capacité des électrodes d'une batterie Lithium-Ion. La porosité, par exemple, influence les interactions entre la matière active et le diluant conducteur et est essentielle pour le transport de l’ion Lithium entre les électrodes. La taille et la forme des particules doivent être contrôlées afin d'assurer une densité de remplissage élevée (taille polydisperse et forme circulaire) et une puissance élevée. Les électrodes présentant une surface élevée permettent des réactions électrochimiques plus efficaces et un meilleur échange d'ions entre l'électrolyte et l'électrode, en même temps les électrodes présentant une faible surface et des matériaux à haute densité offrent normalement une durée de vie plus longue.

En ce qui concerne la boue initiale, sa qualité dépendra fortement des propriétés de la poudre, mélangée à des solvants et à un liant, afin d'obtenir la finesse de grain, la teneur en solides et la viscosité correctes pour le procédé. Les propriétés rhéologiques de la poudre régiront la dispersion du mélange pour créer la suspension. La viscosité de la suspension elle-même exercera une influence significative sur l'obtention d'un revêtement et d'un calandrage corrects et donc sur la qualité des électrodes finales.

Le processus de calandrage est la partie la plus importante du processus de production des électrodes, c'est-à-dire le processus commun de compactage des électrodes de batteries lithium-ion. Le calandrage a un impact substantiel sur la structure des pores et donc sur les performances électrochimiques des batteries lithium-ion. Une augmentation du calandrage diminuera l'épaisseur et par conséquent le pourcentage de porosité de l'électrode. Au-delà d'un niveau correct de calandrage, la taille des pores et la porosité peuvent être réduites au point de provoquer une perte de capacité et de longévité.

La plateforme technologique d'Alfatestlab permet un éventail de mesures des propriétés des électrodes:La plateforme technologique d'Alfatestlab permet un éventail de mesures des propriétés des électrodes:

  • Porosité et surface BET par adsorption de gaz
  • Densité par pycnomètre à hélium
  • Porosité, rugosité de surface, analyse de défaillance par microscopie électronique à balayage (SEM) et analyse élémentaire (EDX)
  • Taille et forme des particules par diffraction laser, diffusion dynamique de la lumière (DLS), analyse d'image automatisée (statique et dynamique)
  • Rhéologie des poudres à l'aide du rhéomètre à poudres FT4
  • Viscosité à l'aide de rhéomètres rotatifs

    

Caractérisation du séparateur et de l'électrolyte

Le séparateur a pour fonction d'isoler la cathode de l'anode, en même temps le séparateur doit promouvoir, comme un catalyseur, le flux des ions de la cathode à l'anode pendant la charge et inversement pendant la décharge. La membrane du séparateur est normalement constituée d'un matériau très poreux, comme les polyoléfines, et est mouillée par l'électrolyte.

La porosité est par défaut un paramètre fondamental à mesurer et à contrôler, car une porosité élevée tend à garder l'électrolyte piégé dans les pores, ce qui favorise le mouvement ionique de la cathode vers l'anode et donne une densité d'énergie plus élevée. D'autre part, une porosité trop élevée peut limiter la capacité du séparateur à se fermer et générer une surchauffe de la batterie en fermant les pores.
Alfatestlab peut vous aider à obtenir une porosité uniforme, un flux constant d'ions et une distribution homogène du courant en contrôlant la porosité. La distribution de la taille des pores de la membrane doit être inférieure à la taille des particules du matériau des électrodes pour éviter qu'elles ne pénètrent dans les pores du séparateur.

L'affinité entre le matériau utilisé dans la membrane séparatrice et l'électrolyte, qui affectera le mécanisme de transport, peut être évaluée en mesurant le potentiel Zeta.

Pour contrôler les propriétés du séparateur Alfatestlab fourni les mesures suivantes:Pour contrôler les propriétés du séparateur Alfatestlab fourni les mesures suivantes:

  • Porosité et surface BET par adsorption de  gaz
  • Distribution des pores par microscopie SEM et le logiciel d’analyse d’image Porometric
  • Densité par pycnomètre à hélium
  • Potentiel zêta par diffusion électrophorétique de la lumière

   

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