Calandrage dans les batteries lithium-ion
Équilibrez la densité énergétique et l’efficacité du remplissage en électrolyte
Le remplissage de l'électrolyte ralentit-il la production de votre batterie ?
Le calandrage, c'est-à-dire le processus de compression de la couche active déposée sur les feuilles d'électrodes, est une étape essentielle de la production des batteries lithium-ion (LiB).
À première vue, on pourrait croire qu’il suffit de presser aussi fort que possible pour maximiser la densité d’emballage du matériau poreux et, par conséquent, la densité d’énergie. Cependant, plus les pores de la poudre sont petits, plus l’électrolyte liquide met de temps à être absorbé et à pénétrer dans les espaces microscopiques – si tant est qu’il puisse y pénétrer. Cela rend le processus de remplissage inefficace et peut même entraîner une baisse de qualité du produit final.
Pour trouver le point optimal de calandrage – ainsi que pour ajuster la composition de la boue et de l’électrolyte – il est recommandé d’accompagner le développement du procédé par des mesures de qualité, notamment à l’aide d’un tensiomètre, qui permet de caractériser la tension de surface de l’électrolyte et son interaction avec le matériau actif.
Comment mesurer la vitesse de remplissage : mesure de la mouillabilité des poudres
Les tensiomètres KRÜSS utilisent une version avancée de la méthode de Washburn pour analyser la mouillabilité des poudres. Cette technique repose sur la mesure de l’augmentation de masse d’un paquet de poudre lorsqu’il entre en contact avec un liquide, enregistrée par un capteur de force haute précision. Elle permet d’évaluer la cinétique d’imbibition capillaire et donc l’interaction entre la poudre et le liquide. Ces données peuvent être corrélées aux paramètres du processus de calandrage ou à la formulation de la boue. Les analyses peuvent être réalisées aussi bien avec des liquides d’essai standards qu’avec l’électrolyte utilisé dans les batteries, afin d’optimiser sa formulation et ses propriétés de mouillage.
Comment optimiser la formation de l'électrolyte : détermination de la tension superficielle
Le mouillage et l'adsorption sont une interaction entre la poudre compactée et le liquide. En règle générale, la vitesse de mouillage augmente à mesure que la tension superficielle (SFT) diminue, ce qui explique pourquoi les additifs qui réduisent la SFT (surfactants) sont souvent inclus dans les formulations d'électrolytes. Les mesures de la tension superficielle sont donc particulièrement importantes lorsqu'il s'agit d’optimiser l’électrolyte pour améliorer le mouillage. La bonne nouvelle est que les mesures Washburn et SFT peuvent être effectuées avec un seul et même instrument.
En conclusion : La mouillabilité des poudres et la mesure de la SFT avec un tensiomètre KRÜSS constituent la combinaison idéale pour optimiser les formulations et les processus de fabrication des électrodes et des électrolytes - pour une plus grande efficacité et une densité d'énergie élevée dans la production de batteries lithium-ion (LiB).
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