Les bandes de lithium ultra fines sont très prometteuses en tant que matériau d'anode pour les batteries lithium-ion améliorées
Propriétés mécaniques des bandes Li@ZDDP. un diagramme schématique du mode de chargement cyclique pour le test de nanoindentation. b Comparaisons du module d'élasticité entre les films de métal Li nu et Li@ZDDP à l'aide de mesures de nanoindentation. c Comparaisons de dureté entre des films de métal Li nu et Li@ZDDP à l'aide de mesures de nanoindentation. d Dessin dimensionnel de l'éprouvette étirée. e Courbes contrainte-déformation vraies de Li et Li@ZDDP : 50 μm Li@ZDDP et 15 μm Li@ZDDP. f Image SEM de la feuille de lithium la plus fine (5 µm d'épaisseur) laminée dépassant la précision du broyeur. g Image d'un appareil photo numérique d'une feuille Li@ZDDP ultrafine fabriquée à l'échelle centimétrique (15 μm d'épaisseur) et test d'abus. Crédit: Communications naturelles (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-41514-0
Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l'Université Central South de Changsha, Hunan, Chine, a utilisé le synchrotron australien pour développer une nouvelle stratégie pour la production évolutive d'anodes au lithium hautes performances, minces et autonomes pour les batteries lithium-ion avec stabilité cyclique et propriétés électrochimiques améliorées.
Les travaux ont été entrepris pour répondre à la demande croissante de batteries lithium-ion hautes performances. Le lithium métallique à l'état solide a théoriquement une densité énergétique élevée et une capacité élevée, ce qui en fait un remplacement idéal pour les anodes en graphite traditionnelles.
Dans un article publié dans Communications naturellesl'équipe a rapporté qu'un dialkyl dithiophosphate (ZDDP), un additif spécial en zinc, améliorait les performances des fines bandes métalliques de lithium.
La recherche a démontré que l'additif augmentait la dureté à l'interface, empêchait la dégradation structurelle (croissance de dendrites de lithium), contrôlait le dépôt de lithium pendant le placage/décapage, et que l'anode de lithium pouvait être plaquée et dénudée plus rapidement que d'autres matériaux.
L’équipe a produit de fines bandes de lithium d’une épaisseur allant de 5 à 50 micromètres, avec une meilleure résistance mécanique, de meilleures performances électrochimiques et une stabilité cyclique impressionnante par rapport aux bandes de lithium non traitées.
Une durée de vie de cycle allant jusqu'à 2 800 heures a été maintenue même à une capacité de surface élevée. De plus, une cellule symétrique basée sur des bandes de lithium ultrafines d’une épaisseur de 15 micromètres a duré plus de 800 heures.
L'étude comprenait également une configuration de cellule complète utilisant LiFePO4(LFP) et lithium revêtu de ZDDP, présentant une excellente durée de vie avec une rétention de capacité de plus de 83,2 % après 350 cycles. En comparaison, une cellule sans ZDDP se dégradait rapidement.
Les caractéristiques électrochimiques améliorées de l’anode au lithium revêtue de ZDDP ont été attribuées à la création d’une couche d’interface électrolyte solide (SEI) artificielle à haute résistance avec une forte affinité pour le lithium.
Le scientifique de l'instrument, le Dr Bernt Johannessen, a déclaré qu'il s'agissait d'un exemple de travail innovant dans le développement de lithium ultra-mince, d'une épaisseur de seulement quelques microns, fabriqué pour les batteries à semi-conducteurs.
Pour cette étude, une huile à base de zinc a été développée et utilisée pendant le processus de production, dans lequel le lithium est étalé de plus en plus finement, de la même manière que vous étalez la pâte dans une machine à pâtes.
Des échantillons ont été envoyés par courrier au synchrotron et le Dr Johannessen a entrepris les mesures des anodes de lithium à l'aide de la ligne de lumière de spectroscopie d'absorption des rayons X, qui s'est révélée particulièrement utile dans l'étude des matériaux énergétiques et de la catalyse.
À tel point que la ligne de lumière a produit près de deux fois plus de publications jusqu’en 2023 par rapport à l’année précédente.
“À ce propos, nous devons beaucoup à notre communauté d'utilisateurs ; ils sont merveilleusement productifs et profitent pleinement des développements récents, tels que les techniques de balayage rapide, sur la ligne de lumière”, a déclaré le Dr Johannessen.
Plus d'information:
Shaozhen Huang et al, Friction interfaciale permettant des bandes de lithium autonomes minces ≤ 20 μm pour les batteries au lithium métal, Communications naturelles (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-41514-0
Fourni par l'Organisation australienne des sciences et technologies nucléaires (ANSTO)
Citation: Les bandes de lithium ultra-fines sont très prometteuses en tant que matériau d'anode pour les batteries lithium-ion améliorées (21 décembre 2023) récupéré le 21 décembre 2023 sur
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