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Sep 07, 2023

Matériaux de batterie

Les consommateurs de véhicules électriques souhaitent une autonomie accrue et une charge rapide pour revenir

Les consommateurs de véhicules électriques souhaitent une autonomie accrue et une charge rapide pour reprendre rapidement la route. Stocker plus d'énergie par rapport au poids et au volume et accepter des taux de charge plus élevés augmentent les exigences en matière de performances, de stabilité et de sécurité des matériaux. Une adoption plus large des véhicules électriques exige une meilleure utilisation des matériaux tout au long de la chaîne d'approvisionnement.

META développe de nouveaux matériaux de batterie et de nouvelles techniques de fabrication pour relever tous ces défis.NCOREMC Les collecteurs de courant en composite polymère, fabriqués avec la technologie exclusive de revêtement sous vide à grande vitesse PLASMAfusion®, réduisent considérablement le poids, tout en ajoutant une fonction de sécurité de type fusible. Les séparateurs en céramique NPORE® présentent un retrait thermique inférieur à 1 % pour une sécurité accrue et offrent des performances électrochimiques supérieures.

Les collecteurs de courant sont des composants essentiels des batteries lithium-ion, constitués de feuilles d'aluminium (Al) et de cuivre (Cu) pour la cathode et l'anode, respectivement. Collectivement, les collecteurs de courant représentent environ 15 % de la masse totale des cellules de batterie et ne contribuent pas activement à la capacité de la batterie. L'Al a une faible densité de 2,70 g/cm3 tandis que le Cu est beaucoup plus lourd à 8,96 g/cm3, de sorte que les collecteurs de courant à feuille de Cu représentent plus de 10 % du poids d'une batterie Li-ion typique.

Un substrat en plastique PET/PEN, recouvert de fines couches (150-250 nm) de Cu de chaque côté et de ponts métalliques intégrés pour une conductivité traversante, promet la même fonctionnalité et le même coût qu'une feuille de cuivre, tout en offrant plusieurs avantages. Le poids est réduit d'environ 85 % et l'épaisseur réduite permet plus de matériau actif, augmentant ainsi la densité d'énergie et de puissance. En cas d'emballement thermique, le plastique fond, améliorant la sécurité en retardant l'auto-inflammation de la batterie. Une faible teneur en cuivre réduit l'apport d'énergie pour produire la batterie et améliore le recyclage.

NPORE® est le premier séparateur à membrane nanoporeuse en céramique flexible et autonome au monde pour les batteries lithium-ion. Les séparateurs NPORE® éliminent l'utilisation de substrat en plastique, offrent une fonctionnalité supérieure et une résistance à la chaleur exceptionnelle pour les batteries lithium-ion actuelles et de prochaine génération.

Les fonctionnalités NPORE® incluent :

Le séparateur et les collecteurs de courant (CC) constituent certains des composants fondamentaux de toute batterie lithium-ion (LIB). Bien qu'ils ne participent pas directement à la cinétique de l'électrochimie, ces composants passifs sont un déterminant principal de la sécurité, des performances, de la longévité, du poids et du volume d'une cellule. La diminution de leur poids ou de leur volume dans la plage où leurs fonctionnalités ne sont pas affectées négativement peut améliorer directement l'énergie gravimétrique ou volumétrique et la densité de puissance d'une cellule. Dans la présentation ci-dessous, nous présentons une nouvelle approche pour améliorer la sécurité et les performances des LIB de différentes tailles et chimies qui utilise deux composants passifs intelligents de nouvelle génération, à savoir un composite métal-polymère CC (NCORE™) et un séparateur céramique nanoporeux (NPORE®). NCORE™ est fabriqué en enduisant un substrat polymère de 6 μm d'épaisseur d'une fine couche (250 nm) de métal cuivre (Cu) de chaque côté. Des éléments en Cu haute densité (ponts) sont également intégrés dans le substrat dans ce processus de métallisation. Le matériau résultant présente une conductivité accrue dans les directions dans le plan et hors du plan. Fonctionnant comme un fusible intelligent, NCORE™ empêche le courant d'appel supplémentaire de déclencher un emballement thermique qui peut potentiellement conduire à un incendie dangereux extrêmement difficile à éteindre dans une cellule lorsque sa température interne dépasse 250°C. En éliminant jusqu'à 90% du Cu contenu dans un CC typique, NCORE™ réduit le poids de la batterie et améliore ses performances et sa recyclabilité. NPORE® est un séparateur céramique nanoporeux exclusif, robuste et hautement résistant à la fusion et au rétrécissement. Dans le cas d'un court-circuit interne entre les électrodes, qui peut être causé par une dendrite ou un autre défaut, NPORE® ne s'éloigne pas de l'emplacement du défaut, empêchant la chaleur causée par le court-circuit de propager un emballement thermique. La combinaison de NCORE™ et NPORE® offre une solution de sécurité innovante pour les LIB d'une large gamme de chimies et de facteurs de forme.