La batterie lithium-ion (LIB) est utilisée comme dispositif de stockage d’énergie pour l’électronique portable depuis 1990 ans.
La batterie lithium-ion (LIB) est utilisée comme dispositif de stockage d’énergie pour l’électronique portable depuis 1990 ans. Récemment, celles-ci sont devenues des sources d'énergie pour les véhicules tels que les véhicules électriques et les véhicules électriques hybrides. Les types en couches LiCoO2, LiNiO2 et LiMn2O4 de type spinelle sont les matériaux cathodiques les plus importants en raison de leur tension de fonctionnement élevée à 4 V (Mizushima, et.al, 1980, Guyomard, et.al, 1994). Jusqu’à présent, LiCoO2 a été principalement utilisé comme matériau cathodique du LIB commercial. Cependant, LiCoO2 et LiNiO2 ont un problème lié à la perte de capacité due à l'instabilité du processus de recharge. Le cobalt est également cher et sa ressource n'est pas suffisante. Par conséquent, le matériau cathodique LiCoO2 ne convient pas comme LIB pour EV et HEV. D'autre part, LiMn2O4 est considéré comme un matériau cathodique prometteur pour les LIB de grand type en raison de ses avantages tels que son faible coût, sa non-toxicité et sa stabilité thermique (Pegeng, et.al, 2006). On savait également que le LiMn2O4 de type substitut de Ni (LiNi0,5Mn1,5O4) présentait un comportement rechargeable à environ 5 V (Markovsky, et.al, 2004, Idemoto, et.al, 2004, Park, et.al, 2004). . LiNi0,5Mn1,5O4 a été considérablement remarqué comme un matériau cathodique à haute densité de puissance qui avait un potentiel actif à 5 V. Le type en couches LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2 s'est avéré présenter des propriétés cathodiques à haut potentiel supérieures. Celui-ci avait une capacité rechargeable de plus de 150 mAh/g à un taux plus élevé et une stabilité thermique plus douce, mais montre une diminution significative de la capacité au cours du long processus de recharge. Récemment, le composé phosphate de type olivine est considéré comme un matériau cathodique alternatif. LiFePO4 et LiMnPO4 étaient attendus comme matériaux de nouvelle génération pour les grands LIB en raison de leur faible coût, de leur respect de l'environnement, de leur stabilité thermique élevée et de leurs performances électrochimiques. D'autre part, les anodes de type oxyde telles que les anodes de type spinelle Li4Ti5O12 sont attendues comme candidates pour le remplacement des anodes de carbone en raison d'une meilleure sécurité. LIB, composé d'une cathode LiFePO4 et d'une anode Li4Ti5O12, offre une sécurité élevée et un long cycle de vie. Par conséquent, il est attendu que l’application du HEV ou de l’alimentation électrique pour le nivellement de charge dans la production d’énergie éolienne et la production d’énergie solaire. Jusqu'à présent, nous avons développé une technique de pyrolyse par pulvérisation en tant que processus d'aérosol pour préparer des poudres LiFePO4 et Li4Ti5O12 pour LIB. Dans ce chapitre, le traitement de la poudre et les propriétés électrochimiques des matériaux de cathode LiFePO4 et d'anode Li4Ti5O12 par pyrolyse par pulvérisation ont été décrits.
La pyrolyse par pulvérisation est un procédé polyvalent concernant la synthèse de poudres de matériaux inorganiques et métalliques (Messing, et.al, 1993, Dubois, et.al, 1989, Pluym, et.al, 1993). Un atomiseur tel qu'un atomiseur à ultrasons (Ishizawa, et.al, 1985) ou une buse à deux fluides (Roy, et.al, 1977) est souvent utilisé pour générer le brouillard. Le brouillard est une gouttelette dans laquelle les sels inorganiques ou le composé organique métallique sont dissous dans de l'eau ou un solvant organique. Les gouttelettes ont été séchées et pyrolysées pour former des poudres d'oxyde ou de métal à température élevée. Les avantages de la pyrolyse par pulvérisation sont que le contrôle de la taille des particules, de leur distribution granulométrique et de leur morphologie est possible. De plus, les poudres fines de composition homogène peuvent être facilement obtenues car le composant de la solution de départ est conservé dans le brouillard issu d'un atomiseur ultrasonique ou d'une buse bifluide. Chaque ion métallique se mélangeait de manière homogène dans chaque brouillard. Chaque brouillard joue le rôle de réacteur chimique à l’échelle microscopique. Le temps de production était très court (moins de 1 min). Dans les autres procédés en solution tels que l'hydrothermie, la précipitation, l'hydrolyse, les poudres d'oxyde étaient souvent préparées pendant quelques heures. De plus, les processus tels que la séparation, le séchage et la cuisson doivent être effectués après la réaction chimique dans la solution. Les poudres d'oxydes sont obtenues en continu sans ces étapes de pyrolyse par pulvérisation. Jusqu'à présent, il a été rapporté que ce processus est efficace dans les poudres d'oxydes à plusieurs composants telles que BaTiO3 (Ogihara, et.al, 1999) et les poudres d'alliages telles que Ag-Pd (Iida, et.al, 2001).
Récemment, des types en couches d'oxydes de métaux de transition au lithium tels que LiCoO2 (Ogihara, et.al, 1993), LiNiO2 (Ogihara, et.al, 1998), LiNi0,5Mn1,5O4 (Park, et.al, 2004),LiNi1/ Du 3Mn1/3Co1/3O2 (Park, et.al, 2004) et des oxydes de métaux de transition au lithium de type spinelle tels que LiMn2O4 (Aikiyo, et.al, 2001), qui sont utilisés comme matériaux de cathode pour les batteries Li-ion, ont également été synthétisés. par pyrolyse par pulvérisation. Il est clair que ces matériaux cathodiques issus de la pyrolyse par pulvérisation présentent d'excellentes performances de recharge. Cela a révélé que les caractéristiques des particules telles qu'une morphologie uniforme des particules, une distribution granulométrique étroite et une composition chimique homogène conduisaient à une capacité rechargeable plus élevée, une efficacité plus élevée, un cycle de vie plus long et une stabilité thermique plus élevée.
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