Composants de batterie au lithium

Les batteries au lithium se composent principalement de quatre composants principaux : le matériau de l'électrode positive, le matériau de l'électrode négative, l'électrolyte et le séparateur. Le matériau de l’électrode positive est un déterminant clé des performances de la batterie au lithium. Les matériaux d'électrode positive courants comprennent l'oxyde de lithium-cobalt (LiCoO₂), l'oxyde de lithium-manganèse (LiMn₂O₄), le phosphate de fer et de lithium (LiFePO₄) et les matériaux ternaires (tels que NCM et NCA). Le phosphate de fer et de lithium est largement utilisé dans les applications de stockage d’énergie et d’énergie en raison de sa sécurité élevée, de sa longue durée de vie et de son faible coût. Les matériaux ternaires dominent cependant l’électronique grand public et les véhicules électriques en raison de leur haute densité énergétique. Le matériau de l'électrode négative est généralement du graphite, comprenant à la fois du graphite naturel et synthétique. Les anodes en graphite offrent un faible coût et une excellente stabilité de cycle, mais leur capacité théorique est limitée (environ 372 mAh/g). Ces dernières années, les matériaux d'anode à base de silicium-sont devenus un point chaud de la recherche en raison de leur capacité théorique élevée (environ 4 200 mAh/g), mais ils sont confrontés à des défis pour répondre à l'expansion du volume. L'électrolyte est le milieu à travers lequel les ions lithium migrent entre les électrodes positives et négatives. Il est généralement composé d'un solvant organique (tel que le carbonate d'éthylène ou le carbonate de diméthyle), d'un sel de lithium (tel que l'hexafluorophosphate de lithium (LiPF₆) et d'additifs. Les performances de l'électrolyte ont un impact direct sur l'efficacité de charge et de décharge de la batterie, sa durée de vie et sa sécurité. Par exemple, les électrolytes à haute tension peuvent augmenter la densité énergétique de la batterie, mais la stabilité doit être prise en compte. La fonction principale du séparateur est de séparer les électrodes positives et négatives, évitant ainsi les courts-circuits tout en permettant au lithium Les séparateurs courants sont actuellement des membranes microporeuses en polyéthylène (PE) ou en polypropylène (PP), souvent recouvertes de couches de céramique ou de polymère pour améliorer la stabilité thermique et la résistance mécanique. La porosité, l'épaisseur et le retrait thermique du séparateur sont des paramètres clés. De plus, le processus de fabrication des batteries au lithium impose des exigences extrêmement élevées en matière de rapport et de pureté des composants. 20 ppm ; sinon, des réactions secondaires se produiront, réduisant les performances de la batterie.