CA2394056A1 - Particules comportant un noyau non conducteur ou semi conducteur recouvert d'un couche conductrice, leurs procedes d'obtention et leur utilisation dans des dispositifs electrochimiques - Google Patents

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Abstract

Particule comprenant un noyau non-conducteur ou semi-conducteur (ledit noyau étant préférentiellement constitué par un phosphate, un nitrure, un oxyde ou un mélange de ces derniers) recouvert d'un enrobage hybride conducteur. Ces particules possède nt au moins une des propriétés suivantes: une très bonne conductivité locale, une très bonne conductivité du réseau, une faible résistivité, une très bonne capacité à haut courant, une bonne densité d'énergie.

Claims (31)

1. Particule comprenant un noyau non-conducteur ou semi-conducteur (ledit noyau étant préférentiellement constitué par un phosphate, un nitrure, un oxyde ou un mélange de ces derniers) recouvert d'un enrobage conducteur.
2. Particule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau comporte au moins un oxyde métallique, notamment au moins un des oxydes de lithium décrits dans les revendications de la demande PCT W 02/46101 A2 dont le contenu est incorporé par référence à la présente demande.
3. Particule selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'oxyde métallique est de formule Li4Ti5O12, Li2TiCO3, LiCO2, LiNiO2, LiMn2O4, Li(4-.alpha.)Z.alpha.Ti5O12 (de préférence de structure spinelle) enrobées de carbone, .alpha. représentant un nombre supérieur à zéro et inférieur ou égal à 0,33, Z représentant une source d'au moins un métal choisi de préférence dans le groupe constitué par Mg, Nb, Al, Zr, Ni, Co;
lesdites particules contenant de 0,01 à 10 %, de préférence de 1 à 6 %, plus préférentiellement encore d'environ 2 % en poids de carbone, la quantité de carbone étant exprimée par rapport à la masse totale des particules de Li(4-.alpha.)Z.alpha.Ti5O12; Li4Z.beta.Ti(5-.beta.)O12, (de préférence de structure spinelle), dans laquelle .beta.
est supérieur à 0 et inférieur ou égal à 0,5, enrobées de carbone, Z
représentant une source d'au moins un métal choisi de préférence dans le groupe constitué
par Mg, Nb, Al, Zr, Ni, Co, lesdites particules contenant de 0,01 à 10 %, de préférence de 1 à 6 %, plus préférentiellement encore d'environ 2 % en poids de carbone, la quantité de carbone étant exprimée par rapport à la masse totale des particules de formule Li4Z.beta.Ti(5-.beta.)O12et les mélanges correspondants.
4. Particule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'enrobage est constitué par un mélange hybride de carbones, un mélange hybride carbone-métal (le métal étant préférentiellement l'argent et/ou l'aluminium) et les mélanges correspondants.
5. Particule selon la revendication 4, dans laquelle le mélange hybride de carbone comprend au moins deux formes différentes du carbone ci-après appelées Carbone 1 et Carbone 2.
6. Particule selon la revendication 5, dans laquelle le Carbone 1 est un carbone à
faible cristallinité.
7. Particule selon la revendication 6, dans laquelle la cristallinité, mesurée par diffraction des rayons-X et/ou par spectroscopie Raman, est caractérisée par un d002 supérieur à 3,36 Angstroms.
8. Particule selon la revendication 5, dans laquelle le Carbone 2 est de type graphite et/ou de type carbone à haute cristallinité.
9. Particule selon la revendication 8, dans laquelle la cristallinité mesurée par diffraction des rayons-X et/ou par spectroscopie Raman est caractérisée par un d002 inférieur à 3,36 Angstroms.
10. Particule selon la revendication 9, dans laquelle le Carbone 2 est type graphite naturel, graphite artificiel ou graphite exfolié.
11. Particule selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle le Carbone 1 a une surface spécifique, mesurée selon la BET, supérieure ou égale à
50 m2/g et de préférence les particules de Carbone 1 utilisées ont une taille variant de 10 à 999 mm.
12. Particule selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le Carbone 2 a une surface spécifique mesurée selon la méthode BET, inférieure ou égale à 50 m2/g.
13. Particule selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le diamètre moyen de son noyau varie de 50 mm à 30 micromètres, de préférence le diamètre moyen est de l'ordre de 2 micromètres.
14. Particule selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 ayant de préférence une taille comprise entre 60 mm et 50 micromètres.
15. Particule selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée par au moins une des propriétés suivantes: une très bonne conductivité locale, une très bonne conductivité du réseau, une faible résistivité, une très bonne capacité
à haut courant, une bonne densité d'énergie.
16. Procédé de préparation d'un mélange de particules telles que définies dans l'une quelconque des revendications 1 à 15, comprenant au moins une des étapes suivantes:
a. préparation d'un mélange d'au moins un matériau non-conducteur ou semi-conducteur avec un matériau conducteur, puis ajout d'un deuxième matériau conducteur au mélange obtenu;
b. préparation d'un mélange d'au moins un matériau non-conducteur ou semi-conducteur avec au moins deux matériaux conducteurs; et c. préparation d'un mélange de matériaux conducteurs puis mélange avec au moins un matériau non-conducteur ou semi-conducteur.
17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel le mélange est obtenu par broyage mécanique, HEBM, Jar milling, Vapor jet milling et de préférence par HEBM.
18. Procédé selon la revendication 16 ou 17, dans lequel le mélange des carbones est réalisé par voie chimique avant l'étape de synthèse de Li4Ti5O12.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 18 dans lequel, un des matériaux conducteurs (Carbone 1) est obtenu par traitement thermique du précurseur de type polymère (sucre, acétate de cellulose) ou autre.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, dans lequel, le mélange des carbones est réalisé par mélange physique après la synthèse de Li4Ti5O12.
21. Cathode de générateur électrochimique (de préférence de générateur électrochimique de type recyclable) comprenant des particules telles que définies dans l'une quelconque des revendications 1 à 15 et/ou de particules susceptibles d'être obtenues par un procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à
20.
22. Anode de générateur électrochimique (de préférence de générateur électrochimique recyclable) comprenant des particules telles que définies dans l'une quelconque des revendications 1 à 15 et/ou des particules susceptibles d'être obtenues par un procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 20.
23. Générateur électrochimique (de préférence de type rechargeable) de type lithium comportant une anode de type lithium métallique et une cathode de type Li4Ti5O12 et/ou L1(4-.alpha.)Z.alpha.Ti5O2 et/ou Li4Z.beta.Ti(5-.beta.)O12, la cathode dans ledit générateur étant telle que définie dans la revendication 21.
24. Générateur électrochimique (de préférence de type rechargeable) de type Lithium ion comprenant une anode de type Li4Ti5O12 et/ou de type Li(4-.alpha.)Z.alpha.Ti5O12 et/ou de type Li4Z.beta.Ti(5-.beta.)O12 et une cathode de type LiFePO4, LiCoO2, LiMn2O4 et/ou LiNiO2 dans laquelle l'anode est telle que définie dans la revendication 22.
25. Générateur électrochimique selon la revendication 23 ou 24, dont l'anode et/ou la cathode sont équipées d'un collecteur de courant d'aluminium plein ou de type Exmet (expanded metal).
26. Générateur électrochimique selon l'une quelconque des revendications 23 à

ne nécessitant aucune formation préalable de la batterie.
27. Supercapaciteur de type hybride comprenant une anode de type Li4Ti5O12 et/ou de type Li(4-.alpha.)Z.alpha.Ti5O12 et/ou Li4Z.beta.Ti(5-.beta.)O12 et une cathode de type graphite ou carbone à grande surface spécifique dans laquelle l'anode est telle que définie dans la revendication 22, ne demandant aucune formation préalable du supercapaciteur.
28. Supercapaciteur selon la revendication 27 dans lequel l'anode et/ou la cathode sont équipées d'un collecteur de courant d'aluminium plein ou de type Exmet (expanded metal).
29. Générateur selon la revendication 25 ou 26, dans laquelle l'électrolyte est de nature polymère sec, gel, liquide ou céramique.
30. Supercapaciteur selon la revendication 28, dans lequel l'électrolyte est de nature polymère sec, gel, liquide ou céramique.
31. Système électrochimique selon l'une quelconque des revendications 21 à 30, caractérisé en ce que l'électrode est préparée sans aucune addition d'autre carbone.
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