Test de batterie lithium-ion. Crédit :Laboratoire national d'Argonne / Flickr
Le marché des batteries lithium-ion a connu une croissance constante et a cherché une approche pour augmenter la capacité de la batterie tout en conservant sa capacité pour un long processus de recharge.
La structuration de matériaux pour électrodes à l'échelle nanométrique est connue pour être un moyen efficace de répondre à cette demande; cependant, ces nanomatériaux devraient essentiellement être produits par un traitement à haut débit afin de transférer ces technologies à l'industrie.
Un article publié dans le Science et technologie des matériaux avancés rapporte une approche qui a potentiellement des débits élevés compatibles avec l'industrie pour produire des poudres composites à base de silicium de taille nanométrique comme un candidat solide pour l'électrode négative de la prochaine génération de batteries lithium-ion haute densité.
Les auteurs ont produit avec succès des poudres de SiO nanocomposites par dépôt physique en phase vapeur par pulvérisation plasma en utilisant des poudres de qualité métallurgique à faible coût à des débits élevés. En utilisant cette méthode, ils ont démontré une amélioration explicite de la performance du cycle de capacité de la batterie avec ces poudres comme électrode.
L'unicité de cette méthode de traitement est que les composites SiO nanométriques sont produits instantanément par l'évaporation et la co-condensation ultérieure de la charge d'alimentation en poudre. L'approche est appelée dépôt physique en phase vapeur par pulvérisation de plasma (PS-PVD). Dans la figure 1, des composites SiO bruts et PS-PVD SiO sont présentés.
Fig. 1. Images au microscope électronique à balayage à émission de champ (FE-SEM) du SiO brut (a), poudre projetée au plasma (PS-PVD) additionnée de CH4 (C/Si =1) (b) et son plus fort grossissement Copyright :Sci. Technol. Av. Mater. Vol. 15 (2014) p. 025006 (Fig. 2)
Les composites sont des particules de 20 nm, qui sont composés d'un noyau de Si cristallin et d'une enveloppe de SiOx. Par ailleurs, l'ajout de méthane (CH4) favorise la réduction de SiO et entraîne une diminution de l'épaisseur de la coque de SiO, comme le montre la figure 2. La structure noyau-coque est formée au cours d'un traitement continu en une seule étape.
Fig. 2. Images de microscopie électronique à transmission à haute résolution des composites PS-PVD Si core et SiOx traités (a) sans et (b) avec 1,1 slm d'ajout de gaz méthane (CH4). Le CH4 favorise la réduction de SiO et diminue la capacité irréversible associée à la formation de Li-O. Crédit :Sci. Technol. Av. Mater. Vol. 15 (2014) p. 025006 (Fig. 4)
Par conséquent, la capacité irréversible a été effectivement diminuée, et les batteries demi-cellules faites de poudres PS-PVD ont montré une efficacité initiale améliorée et un maintien de la capacité aussi élevé que 1000 mAhg
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après 100 cycles en même temps.
