Matériaux d'anode de batterie lithium-ion
Exigences de sélection des matériaux d'anode de batterie
Le rôle des matériaux d'électrode négative dans les batteries au lithium
Corps qui stocke les ions lithium
Insertion/extraction réversible des ions lithium pendant la charge et la décharge
Joue un rôle important dans les performances des batteries au lithium
Historique du développement des matériaux d'électrodes négatives
Mécanisme de stockage réversible au lithium des matériaux d'électrode négative
Insertion/extraction, alliage/désalliage
réaction de transformation
Rupture réversible des liaisons chimiques organiques
Charge de surface : condensateur
Classification des matériaux d'électrodes négatives
Matériau d'anode en métal et lithium
Matériaux d'électrode négative à base de carbone
Matériau d'électrode négative à base de silicium
Matériau d'électrode négative à base d'étain
Matériau d'électrode négative à base de germanium
Matériau d'anode en titanate de lithium
Matériau d'anode en métal et lithium (non commercialisé)
Caractéristiques structurelles
Avantages
Haute tension et haute densité énergétique
insuffisant
Point de fusion bas → problèmes de sécurité
Le produit de réaction entre le lithium et l'électrolyte recouvre le lithium → lithium dispersé
Matériaux d'électrode négative à base de carbone
Graphite et composés intercalaires en graphite
Mécanisme de charge et de décharge des matériaux d'électrode négative en graphite → formation de composés intercalaires en graphite
Microsphères de carbone mésophase graphitées
Processus et méthode de préparation
Avantages et inconvénients
Matériaux de carbone amorphe
Matériaux carbonés nanostructurés
Matériaux à base de silicium
Matériaux à couches minces à base de silicium
Matériaux composites silicium/alliage métallique
Composites silicium/carbone
Principaux problèmes liés aux matériaux d'anode à base de silicium
(Expansion de volume lors de la lithiation/délithiation)
Concassage de matériaux actifs
La formation d'un film SEI instable à la surface de l'électrode négative à base de silicium → perte d'ions lithium,
La résistance de l'interface augmente et la durée de vie de la batterie diminue
Perturbation des réseaux conducteurs électroniques
Matériau d'électrode négative à base d'étain
Élément en étain métallique
Matériau d'anode en alliage d'étain
Matériau d'anode en oxyde à base d'étain
Matériau d'anode composite étain/carbone
Avantages
Capacité spécifique théorique élevée
L'étain a un faible potentiel redox et une bonne conductivité
Réserves abondantes et non toxiques
Matériau d'électrode négative à base de germanium
Avantages
Capacité spécifique théorique élevée
Par rapport au Si, la vitesse de diffusion des ions lithium dans Ge est 400 fois supérieure.
La conductivité électronique est 104 fois → adaptée aux équipements à courant élevé et à haute puissance
insuffisant
Prix élevé, applications pratiques limitées
Graves problèmes d’expansion du volume, de détachement des électrodes et en général
Dégradation de la capacité et de la durée de vie de la batterie
modifié
Nanotubes et nanofils de germanium unidimensionnels, films de germanium et autres structures
Matériau d'anode en titanate de lithium
structure spinelle
Capacité théorique 175mAh/g (140-160)
Matériau sans contrainte (changement de volume du matériau pendant le processus de charge et de décharge <1 %)
Avantages
sécurité
Plateforme haute tension, pas de précipitation Li
Résistant à la surcharge et à la décharge
Excellentes performances à haute et basse température
Longue vie
La structure est stable et n’a aucune déformation, et le changement de volume est fondamentalement nul.
Pas de film SEI pour éviter la rupture du film SEI
Grossissement élevé - par rapport au graphite
Coefficient de diffusion ionique élevé
Peut être utilisé dans les équipements d'impulsions à cycles multiples
modifié
conductivité
La mauvaise conductivité du titanate de lithium doit être améliorée par un revêtement/dopage au carbone
fenêtre potentielle
Utiliser du métal pour remplacer une partie du Ti afin de réduire le potentiel
Charge à courant élevé
Réduire les particules/nano → améliorer les performances du taux