WPI

Une équipe dirigée par Yan Wang, chercheur au Worcester Polytechnic Institute (WPI), a développé un procédé sans solvant pour fabriquer des électrodes de batterie lithium-ion qui sont plus écologiques, moins chères et se chargent plus rapidement que les électrodes actuellement sur le marché.

Dans un article en libre accès paru dans la revue Joule, le groupe a rendu compte d'un processus de fabrication par impression sèche (DP) qui évite les solvants toxiques et les longs temps de séchage nécessaires lors de la fabrication d'électrodes avec des boues et des méthodes de production conventionnelles.

La tortuosité plus faible obtenue grâce aux pores ouverts de l'électrode imprimée à sec (DP) permet une voie de diffusion Li+ plus courte, ce qui conduit à de meilleures performances de débit. Les cellules en poche DP présentent une rétention de capacité plus élevée de 78 % et 69 % à 3 C et 4 C, respectivement, contre 67 % et 52 % pour les cellules en suspension coulée (SL) aux mêmes taux. De plus, la couche de revêtement sur la surface des matériaux actifs empêche la réaction secondaire excessive entre les matériaux actifs et les électrolytes, ce qui prolonge la durée de vie des cellules DP. Ce processus de fabrication est un système roll-to-roll avec un immense potentiel d’extension, offrant ainsi un moyen plus efficace et plus économique de fabriquer des batteries.

Wang, professeur du doyen du WPI William B. Smith au département de génie mécanique et des matériaux, a déclaré que le nouveau procédé pourrait être étendu et réduire les coûts de fabrication des électrodes jusqu'à 15 %, tout en produisant des électrodes capables de se charger plus rapidement que les électrodes produites de manière conventionnelle. .

Les batteries lithium-ion actuelles se chargent trop lentement et les fabricants utilisent généralement des solvants inflammables, toxiques et coûteux qui augmentent le temps et le coût de production. Notre processus de fabrication sans solvant corrige ces inconvénients en produisant des électrodes qui se chargent à 78 % de leur capacité en 20 minutes, le tout sans avoir besoin de solvants, de boues et de longs temps de production.

Les électrodes commerciales pour batteries lithium-ion sont généralement fabriquées en mélangeant des matériaux actifs, des additifs conducteurs, des polymères et des solvants organiques pour créer une suspension collée sur un substrat métallique, séchée dans un four et coupée en morceaux pour être utilisée dans les batteries. Les solvants sont récupérés par distillation.

Le processus des chercheurs, en revanche, consistait à mélanger des poudres sèches chargées électriquement afin qu'elles adhèrent lorsqu'elles sont pulvérisées sur un substrat métallique. Les électrodes revêtues à sec ont ensuite été chauffées et comprimées avec des rouleaux. Ignorer le processus conventionnel de séchage et de récupération des solvants a réduit la consommation d'énergie de la fabrication des batteries d'environ 47 %, ont rapporté les chercheurs.

WPI a déposé une demande de brevet sur la technologie de fabrication développée par l'équipe de Wang. En outre, Wang et l'un de ses collaborateurs, Heng Pan de la Texas A&M University, ont cofondé AM Batteries Inc., une société financée par du capital-risque qui travaille avec Amperex Technology Limited (ATL) et d'autres sociétés pour développer des électrodes sans solvant. fabrication.

Ressources

Liu, Yangtao et coll. (2023) « Électrodes fabriquées sans solvant roll-to-roll pour batteries à charge rapide » Joule, Volume 7, Numéro 5, 952 - 970 doi : 10.1016/j.joule.2023.04.006

Publié le 22 mai 2023 dans Batteries, Fabrication, Contexte du marché, Matériaux | Lien permanent | Commentaires (1)