Les batteries Li-ion sont devenues indispensables à notre vie quotidienne
Jul 06, 2021
Depuis 1990, les batteries Li-ion sont devenues essentielles à notre vie quotidienne et la portée de leurs applications s'étend actuellement des appareils électroniques mobiles aux véhicules électriques, aux outils électriques et au stockage stationnaire sur le réseau électrique. Le marché en constante expansion des produits électroniques portables et les nouvelles demandes du marché des transports et du stockage stationnaire nécessitent des cellules présentant une densité énergétique, une densité de puissance, une cyclabilité et une sécurité améliorées. Bref, pour obtenir de meilleures performances. Ces nouveaux besoins ont stimulé la recherche et l’optimisation de nouveaux matériaux pour les batteries Li-ion.
Fig. 1. Nombre de publications scientifiques sur le matériau LiFePO4 au cours des 40 dernières années. Source : Scifinder Scholar™ 2007.
Le but de ce travail est de montrer l'évolution des méthodes de préparation chimique utilisées pour synthétiser de nouveaux matériaux électroactifs ou pour améliorer les performances électrochimiques de ceux existants, et de comparer l'amélioration des performances obtenue par les nouveaux
traitement des matériaux. Ainsi, les méthodes de synthèse de plusieurs matériaux électrodiques pour batteries Liion seront analysées. Ce sont principalement des matériaux cathodiques, tels que des oxydes en couches dérivés de dérivés de spinelle LiCoO2 ou LiMn2O4 qui seront décrits. La phase olivine LiFePO4, un matériau qui, en plus d'avoir la bonne tension pour présenter des attributs de sécurité, est composé d'éléments peu coûteux et abondants, sera particulièrement remarquée en raison de son importance extraordinaire au cours des dernières années (figure 1).
Ces dernières années, les nanosciences ont fait une forte irruption dans le domaine des matériaux pour batteries. Non seulement les performances de matériaux connus auparavant ont été considérablement améliorées grâce à la nanodispersion et à la nanostructuration, mais de nouveaux matériaux et réactions électrochimiques ont également vu le jour. Ainsi, la fabrication d’électrodes nanostructurées est devenue l’un des principaux objectifs des matériaux pour batteries.
Premièrement, la petite taille et la grande surface des nanomatériaux offrent une plus grande surface de contact entre le matériau de l’électrode et l’électrolyte. Deuxièmement, la distance que les ions Li doivent diffuser à travers l’électrode est raccourcie. Par conséquent, on peut s’attendre à une capacité de charge/décharge plus rapide, c’est-à-dire une capacité de débit plus élevée, pour les électrodes nanostructurées. Pour les très petites particules, les potentiels chimiques des ions lithium et des électrons peuvent être modifiés, entraînant un changement de potentiel d’électrode. De plus, la gamme de compositions dans laquelle existent des solutions solides est souvent plus étendue pour les nanoparticules, et la contrainte associée à l'intercalation est souvent mieux adaptée. De plus, même de nouvelles réactions électrochimiques, telles que les réactions de conversion des anodes, sont apparues dans les électrodes nanostructurées. Ainsi, la morphologie et la taille des matériaux des électrodes sont devenues un facteur clé de leurs performances et les procédés de synthèse ont évolué vers des matériaux nanoarchitecturés.
Ce chapitre fournira un aperçu des méthodes de synthèse les plus utilisées depuis le début des recherches majeures sur les batteries Li-ion jusqu'aux plus récentes. L'évolution des performances des matériaux due aux nouveaux systèmes de traitement sera discutée.
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