Liants pour batteries au lithium-ion (Li-ion)

La fonction principale des liants utilisés dans les batteries et piles au lithium-ion est de lier entre elles les particules des matériaux actifs des électrodes ainsi que de les lier aux collecteurs de courant, c'est-à-dire la feuille d'aluminium (Al) ou de cuivre (Cu).

Une électrode cathodique s'obtient le plus souvent en mélangeant un matériau actif en poudre, un liant en poudre, un solvant et des additifs afin de produire une barbotine (pâte) qu'on pompe ensuite vers une machine à revêtement. Une électrode anodique s'obtient un peu de la même façon, mais le matériau actif utilisé est dans ce cas du graphite. Les machines à revêtement enduisent de barbotine les deux côtés d'une feuille d'aluminium pour la cathode et d'une feuille de cuivre pour l'anode. Les feuilles enduites sont par la suite laminées afin d'uniformiser l'épaisseur des électrodes. Enfin, la dernière étape consiste en le calibrage par cisaillement des électrodes.

En raison de la complexité de ces étapes de fabrication, il est essentiel que les caractéristiques du matériau de liaison utilisé soient conformes à des critères rigoureux. Voici un aperçu des caractéristiques importantes :

• la conductivité ionique,
• la résistance à la traction,
• la capacité d'absorption d'eau,
• les propriétés d'adhérence,
• le gonflement dans l'électrolyte,
• la température de fusion et la cristallinité,
• la répartition des poids moléculaires,
• les propriétés de dissolution,
• la pureté.

Partenaire de fournisseurs internationaux, Targray offre les deux types de liants les plus répandus dans l'industrie de la fabrication des batteries et piles au lithium-ion.

Liant à base aqueuse – SBR modifié (caoutchouc butadiène-styrène)

Dans le cadre du procédé classique de production des batteries et piles au lithium-ion, on utilise généralement le PVDF (polyfluorure de vinylidène) pour la fabrication de la barbotine de la cathode et de l'anode. Toutefois, en raison d'impératifs liés aux procédés de fabrication, aux coûts et à l'environnement, les fabricants de batteries et de piles tendent progressivement à délaisser le PVDF au profit de matériaux à base aqueuse comme les copolymères de SBR.

Travaillant conjointement avec son fournisseur, Targray a ajouté à sa gamme de produits un caoutchouc SBR modifié afin ainsi d'offrir aux fabricants de batteries et de piles une nouvelle technologie d'avant-garde. Celui-ci peut être utilisé dans pratiquement tous les types de composition chimique de batteries et piles au lithium-ion, tant pour l'anode que la cathode. Cette technologie offre des avantages distincts aux fabricants de batteries et de piles au lithium-ion, dont les suivants :

• un abaissement des coûts de fabrication;
• l'utilisation d'un produit non polluant, comparativement au PVDF qui nécessite l'emploi de solvants à base de N-méthyl-pyrrolidine (NMP);
• l'utilisation de solvants à base d'eau : respect de l'environnement, propreté et absence de pollution;
• une diminution de la quantité de liant nécessaire dans la barbotine des électrodes : seulement environ 1,5 % pour la cathode et 4 % pour l'anode, ce qui permet d'accroître efficacement la capacité globale de la pile ou de la batterie;
• une augmentation de la part de matériaux actifs dans la batterie ou la pile, en raison de la quantité moindre de caoutchouc SBR utilisée, ce qui rend possible l'obtention d'une énergie massique plus élevée;
• aucun besoin de contrôler de façon stricte l'humidité durant le processus de fabrication;
• un séchage rapide lors de la fabrication de l'électrode, ce qui permet un accroissement du volume de production.

PVDF (polyfluorure de vinylidène)

Le PVDF est un polymère largement utilisé comme matériau de liaison dans la fabrication des batteries et piles au lithium-ion, notamment pour les cathodes. Il doit être combiné à un solvant, le NMP (N-méthyl-pyrrolidine), et présente une bonne résistance aux tensions élevées. Il offre également une bonne stabilité électrochimique au contact des mélanges d'électrolytes. Targray travaille actuellement avec ses partenaires en approvisionnement à l'élaboration d'une gamme de PVDF pour les fabricants de batteries et piles au lithium-ion.