Matériaux d'anode

Les batteries lithium-ion utilisent différents matériaux d'anode, chacun ayant des propriétés distinctes qui influent sur les performances, la capacité et la longévité. Vous trouverez ci-dessous les principaux types de matériaux d'anode utilisés dans les batteries lithium-ion :

Anodes basées sur l'intercalation

Les anodes basées sur l'intercalation sont des matériaux en couches capables de stocker des ions lithium entre les couches.

• Le graphite et le carbone sont les matériaux d'anode les plus utilisés en raison de leur conductivité électrique élevée, de leur faible coût et de leur structure stable avec intercalation réversible des ions lithium. Cependant, leur capacité est relativement inférieure à celle de certains matériaux plus récents. Les carbones durs sont utilisés comme anodes dans les batteries sodium-ion.
• L'oxyde de lithium-titane (LTO) est connu pour ses excellentes stabilité et sécurité de cycle. De plus, il ne subit pas de changements de volume importants lors de l'insertion et de l'extraction du lithium. Cependant, sa conductivité est plus faible et il fonctionne à une tension plus élevée que les autres matériaux d'anode, ce qui limite sa capacité.

Anodes à base d'alliages

Les anodes à base d'alliages sont des métaux ou leurs oxydes (Si, Ge, Sn, Sb, et Si/Sn) pouvant former un alliage avec le lithium.

Le silicium offre une capacité théorique beaucoup plus élevée que celle du graphite, potentiellement jusqu'à dix fois supérieure. Cependant, il subit une expansion volumétrique importante pendant les cycles, ce qui peut entraîner des défaillances mécaniques et une réduction de la durée de vie des cycles. Des recherches sont en cours pour développer des composites de silicium atténuant ces problèmes, dont certains sont déjà commercialisés.

Anodes de conversion

Les anodes de conversion sont des MX (M = Fe, CO, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo et X = O, P, S, N) qui se transforment en (Li_yX + M) lors de la charge. Ces matériaux font l'objet de recherches pour leurs propriétés électrochimiques uniques et leurs avantages potentiels tels que l'amélioration de la capacité de débit. Leurs inconvénients sont l'hystérésis de tension et l'expansion volumique importante.

Anodes nanostructurées

Les récentes avancées se concentrent sur les matériaux d'anode nanostructurés qui améliorent la surface et réduisent les voies de diffusion des ions lithium. Il peut s'agir de diverses combinaisons de matériaux à base de carbone, de silicium et de métaux de transition conçues sous forme de particules cœur-écorce ou de composites pour améliorer les mesures de performance telles que la capacité et la stabilité du cycle.

La qualité des matériaux d'anode peut être optimisée en mesurant et en contrôlant les paramètres suivants :

• Taille et forme des particules
• Structure et défauts du cristal
• Impuretés

Vous trouverez plus d'informations sur la manière de les contrôler ci-dessous.

La taille et la forme des particules déterminent les performances de la batterie et le processus de production continu à haut rendement indépendamment du fait que vous produisiez vos propres matériaux actifs ou que vous les achetiez auprès de vos fournisseurs. 

La taille et la forme des particules déterminent la rhéologie des boues de l'électrode, la densité/porosité du revêtement de l'électrode, ainsi que les performances de la batterie. La meilleure façon de les mesurer est d'utiliser une combinaison de diffraction laser et d'imagerie optique automatisée.

Mastersizer 3000+

Fournir les données dont vous avez besoin pour obtenir des résultats fiables.

La gamme Mastersizer de granulomètres par diffraction laser constitue désormais la norme en matière de distributions granulométriques rapides et précises. Avec sa grande plage de tailles et sa précision inégalée, le Mastersizer 3000+ est l'outil dont vous avez besoin pour mesurer la granulométrie des matériaux d'anode de 0,01 à 3 500 micromètres. Et lorsque vous obtenez des résultats inattendus sur votre échantillon, vous disposez de Size Sure et de nos outils d'aide au contrôle des données pour mener une enquête plus approfondie. Grâce à sa flexibilité, sa facilité d'utilisation et son accessoire Hydro Insight d'imagerie dynamique, le Mastersizer devient le système de premier choix pour la granulométrie, mais pas seulement.

La qualité de la phase cristalline est un autre paramètre essentiel qui détermine les performances des matériaux de la batterie, comme l'énergie spécifique et le taux de décharge ou la capacité. Les paramètres importants à prendre en compte pour les matériaux d'anode de batterie sont le degré de graphitisation, l'indice d'orientation et la taille des cristallites pour les matériaux en graphite. La taille des cristallites fournit également une idée de la taille des particules des matériaux actifs nanocristallins, comme l'anode à base de silicium. 

Système XRD Aeris

L'avenir est compact.

Le système XRD Aeris analyse les matériaux d'anode et de cathode en seulement quelques minutes pour fournir des paramètres de qualité tels que la taille des cristallites, le degré de graphitisation et l'indice d'orientation. Il s'agit d'un système XRD compact avec fonctionnalité plug-and-play, conçu avec une robustesse et une sécurité de qualité industrielle. De plus, il peut être facilement intégré au processus grâce à l'automatisation de la courroie ou du robot.

La mesure des concentrations de dopant et d'impuretés est essentielle pour évaluer les performances des matériaux d'anode. S'il s'agit d'une anode C-Si, la concentration relative de Si détermine la capacité et la stabilité. 

L'ICP est une solution usuelle de mesure de la composition élémentaire, mais elle est coûteuse, longue et implique des produits chimiques dangereux. La fluorescence X permet d'analyser la plupart de ces matériaux avec une relativement grande facilité.

Revontium

Génie compact, analyse puissante, possibilités infinies.

Revontium™ est un analyseur par fluorescence X (XRF) compact qui fournit des analyses élémentaires de haute qualité dans un format compact de paillasse. Il allie les performances des systèmes XRF posés au sol et la polyvalence des instruments de paillasse.

La XRF compacte a un encombrement physique et une empreinte environnementale restreints. Son coût de propriété peut être inférieur de plus de 25 % en raison de la réduction du besoin en consommables, de la préparation importante d'échantillons et de la maintenance.