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Caractériser l'architecture des électrodes de batteries Li-ion est indispensable pour comprendre leurs mécanismes de vieillissement et rechercher des solutions d'amélioration de leurs performances. Les scientifiques de l'Institut des matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN - CNRS/Nantes Université) sont parvenus à observer pour la première fois le liant polymère, un constituant clé des nouvelles électrodes à base de silicium et de graphite envisagées pour booster l'autonomie des véhicules électriques. Ces résultats ont été publiés et ont fait l'objet d'une couverture dans la revue Advanced Energy Materials.
Observation d'un fragment d'une électrode négative de batterie Li-ion prélevé au bout du 30ème cycle. A gauche, image obtenue au STEM, et à droite cartographie des phases en présence, obtenue par VEELS.
© Jianhan Xiong et al.
Ce liant est essentiel au maintien de la cohésion des électrodes, et permet leur cyclabilité. L'emploi de la microscopie électronique en transmission (STEM), en mode balayage, couplées à la spectroscopie de perte d'énergie des électrons de la bande de valence (VEELS), a permis de visualiser la disposition du liant à la surface des matériaux d'électrodes à différentes étapes du cyclage et de prouver son rôle d'agent de passivation de la surface des matériaux d'électrode, également crucial pour minimiser les réactions parasites entre ces derniers et l'électrolyte de la batterie. Parvenir à visualiser le liant est essentiel pour comprendre son fonctionnement et ainsi l'optimiser.
Ces résultats ont été rendus possible grâce à la résolution exceptionnelle du microscope de nouvelle génération Nant'Themis installé en 2018 à l'Institut des matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN). Ils récompensent par ailleurs les recherches de l'équipe ST2E (Stockage et Transformation Electrochimiques de l'Energie) de l'IMN, engagée de longue date dans l'étude et l'amélioration des performances des batteries Li-ion.
Référence:
From the Direct Observation of a PAA-Based Binder Using STEM-VEELS to the Ageing Mechanism of Silicon/Graphite Anode with High Areal Capacity Cycled in an FEC-Rich and EC-Free Electrolyte
Jianhan Xiong, Nicolas Dupré, Philippe Moreau, and Bernard Lestriez, Advanced Energy Materials, 24 mars 2022.
https://doi.org/10.1002/aenm.202270049
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