Fabrication et Recherche sur les batteries
Applications de stockage d'énergie en imagerie et microscopie Raman
Analyse des caractéristiques de cycle des électrodes négatives en silicium-graphite
Les batteries lithium-ion alimentent des appareils tels que les smartphones, les ordinateurs portables, les véhicules électriques et les systèmes d'énergie renouvelable. Les électrodes négatives composites silicium-graphite combinent la capacité énergétique du silicium avec la stabilité du graphite, mais sont confrontées à des défis tels que l'expansion du volume et la pulvérisation du silicium, ce qui limite la longévité et l'efficacité.
Les liants tels que le PVdF et le PAANa s'attaquent efficacement à ces problèmes en maintenant l'intégrité des électrodes pendant les cycles de charge et de décharge. La microscopie Raman caractérise le mécanisme de liaison entre les composants de l'électrode et les liants, en évaluant la distribution et l'homogénéité du liant. Le RAMANtouch a analysé les électrodes négatives composites silicium-graphite, révélant que les liants PAANa favorisent un alliage de silicium uniforme, améliorant ainsi la stabilité.
En revanche, les électrodes avec des liants PVdF ont montré du nano-silicium dispersé et inactif après le cyclage, indiquant des problèmes d'expansion du volume. Cela met en évidence l'efficacité du PAANa pour améliorer la stabilité des électrodes et démontre l'utilité de la spectroscopie Raman dans l'optimisation de la conception des batteries. En superposant la morphologie de surface avec des images Raman, la distribution et le comportement de divers composants au sein du matériau de l'électrode ont été examinés.
Imagerie Raman non exposée à l'atmosphère des cathodes lithium-ion
Le silicium, capable d'absorber plus de lithium que le graphite, est un matériau prometteur pour les électrodes négatives des batteries lithium-ion de grande capacité. Cependant, ses variations de volume importantes pendant la charge et la décharge conduisent souvent à une transformation du silicium cristallin en un état amorphe.
Cela peut entraîner une perte de capacité irréversible, une dégradation structurelle, une cinétique de diffusion altérée et une instabilité des électrodes, ce qui a un impact sur les performances et la longévité de la batterie. Ceci est illustré dans l'exemple ci-dessous. L'état des électrodes négatives à base de silicium dans les batteries lithium-ion a été examiné à l'aide de l'imagerie Raman avant et après la charge.
De plus, le cristal de silicium peut également s'effondrer en raison de changements de volume pendant la charge et la décharge. Cela peut être évité en dispersant finement les particules de silicone, ce qui peut être accompli en utilisant des liants tels que l'acide polyacrylique sodique (PANa) et le polyfluorure de vinylidène PVdF.
Dans l'exemple ci-dessous, il a été démontré par imagerie Raman que l'utilisation de l'acide polyacrylique sodique (PANa) comme liant permet une dispersion homogène de chaque composant. D'autre part, dans les plaques d'électrodes utilisant le PVdF comme liant, on observe une tendance vers un état mixte de graphite et de noir de Ketjen par rapport à l'utilisation du PANa comme liant (figure ci-dessous).
