CA3120992A1 - Liants d'electrode comprenant un melange d'un polymere base sur le polybutadiene et de polynorbornene, electrodes les comprenant et leur utilisation en electrochimie - Google Patents
Liants d'electrode comprenant un melange d'un polymere base sur le polybutadiene et de polynorbornene, electrodes les comprenant et leur utilisation en electrochimieInfo
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Abstract
La présente technologie concerne des compositions de liant et des liants comprenant un mélange d'un polymère basé sur le polybutadiène et d'un polymère comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un monomère à base de norbornène substitué ou non pour utilisation dans des applications électrochimiques, notamment dans les accumulateurs électrochimiques tels que les batteries dites tout solide. Aussi décrits sont des matériaux d'électrode comprenant ledit liant ou ladite composition de liant et leur utilisation dans des cellules électrochimiques, par exemple, dans des accumulateurs électrochimiques, notamment dans des batteries dites tout solide.
Description
LIANTS D'ÉLECTRODE COMPRENANT UN MÉLANGE D'UN POLYMERE BASÉ
SUR LE POLYBUTADIENE ET DE POLYNORBORNENE, ÉLECTRODES LES
COMPRENANT ET LEUR UTILISATION EN ÉLECTROCHIMIE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente demande se rapporte au domaine des polymères et de leur utilisation dans des applications électrochimiques. Plus particulièrement, la présente demande se rapporte au domaine des liants polymères, aux matériaux d'électrodes les comprenant, à
leurs méthodes de production et à leur utilisation dans les cellules électrochimiques, notamment dans des batteries dites tout solide.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Le développement d'électrolytes solides à base de polymère et/ou de céramique a permis de concevoir des systèmes électrochimiques à l'état tout solide substantiellement plus sécuritaires, légers, flexibles et performants que leurs homologues basés sur l'utilisation d'électrolytes liquides.
Un système électrochimique à l'état tout solide idéal serait constitué d'une électrode négative, un électrolyte solide et une électrode positive composite composée d'un matériau électrochimiquement actif, de l'électrolyte solide et éventuellement d'un matériau conducteur électronique. Le tout pouvant former un ensemble monolithique.
L'un des éléments clés d'un système électrochimique à l'état tout solide est la dispersion de chacun de ses constituants. En effet, les éléments solides peuvent avoir tendance à
s'agglomérer pendant l'étape de mélange avec le liant, rendant ainsi le matériau d'électrode non homogène. Parmi les stratégies employées pour solutionner ce problème, on retrouve l'encapsulation des particules des différents constituants du système avec des matériaux d'enrobage permettant une meilleure dispersion de celles-ci. Ces problèmes de dispersion peuvent également être restreints significativement via l'utilisation de liants, d'additifs ou de milieux de dispersion entraînant une meilleure dispersion des particules.
Des polymères basés sur le norbornène ont été décrits comme additifs dans la demande de brevet PCT publiée sous le numéro W02020/061710 (Daigle et al.), ceux-ci étant ajouté à un liant polymère. Les polynorbornènes sont ajoutés, par exemple, afin de Date Reçue/Date Received 2021-06-03 supprimer ou de réduire les réactions parasites comme la formation de LiF et HF
résultantes de la dégradation de liens C-F.
Le brevet coréen publiée sous le numéro KR 10-2193945 et la demande de brevet PCT
publiée sous le numéro W02019/004714 décrivent un procédé de fabrication d'un film d'électrolyte solide comprenant un électrolyte solide à base de sulfure et d'un film d'électrode composite permettant d'améliorer les propriétés de dispersion, de densité et de conductivité ionique entre les particules d'électrolyte solide et entre les particules d'électrolyte solide et les particules de matière active par cristallisation d'un état amorphe à cristallin. Pour ce faire, un copolymère à base de norbornène est utilisé, notamment du poly(éthylène-co-propylène-co-5-méthylène-2-norbornène (PEPMNB).
Cependant, il existe toujours un besoin pour le développement de nouveaux matériaux pour utilisation dans des systèmes électrochimiques à l'état tout solide excluant un ou plusieurs des inconvénients mentionnés ci-dessus.
SOMMAIRE
Selon un aspect, la présente technologie concerne une composition de liant comprenant un mélange d'un polymère basé sur le polybutadiène et d'un polymère comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un composé de Formule I :
/
Formule I
dans laquelle, R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d'hydrogène, un groupement carboxyle (-COOH), un groupement acide sulfonique (-503H), un groupement hydroxyle (-OH), un atome de fluor et un atome de chlore.
Dans un mode de réalisation, le polymère est un polymère de Formule II :
SUR LE POLYBUTADIENE ET DE POLYNORBORNENE, ÉLECTRODES LES
COMPRENANT ET LEUR UTILISATION EN ÉLECTROCHIMIE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente demande se rapporte au domaine des polymères et de leur utilisation dans des applications électrochimiques. Plus particulièrement, la présente demande se rapporte au domaine des liants polymères, aux matériaux d'électrodes les comprenant, à
leurs méthodes de production et à leur utilisation dans les cellules électrochimiques, notamment dans des batteries dites tout solide.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Le développement d'électrolytes solides à base de polymère et/ou de céramique a permis de concevoir des systèmes électrochimiques à l'état tout solide substantiellement plus sécuritaires, légers, flexibles et performants que leurs homologues basés sur l'utilisation d'électrolytes liquides.
Un système électrochimique à l'état tout solide idéal serait constitué d'une électrode négative, un électrolyte solide et une électrode positive composite composée d'un matériau électrochimiquement actif, de l'électrolyte solide et éventuellement d'un matériau conducteur électronique. Le tout pouvant former un ensemble monolithique.
L'un des éléments clés d'un système électrochimique à l'état tout solide est la dispersion de chacun de ses constituants. En effet, les éléments solides peuvent avoir tendance à
s'agglomérer pendant l'étape de mélange avec le liant, rendant ainsi le matériau d'électrode non homogène. Parmi les stratégies employées pour solutionner ce problème, on retrouve l'encapsulation des particules des différents constituants du système avec des matériaux d'enrobage permettant une meilleure dispersion de celles-ci. Ces problèmes de dispersion peuvent également être restreints significativement via l'utilisation de liants, d'additifs ou de milieux de dispersion entraînant une meilleure dispersion des particules.
Des polymères basés sur le norbornène ont été décrits comme additifs dans la demande de brevet PCT publiée sous le numéro W02020/061710 (Daigle et al.), ceux-ci étant ajouté à un liant polymère. Les polynorbornènes sont ajoutés, par exemple, afin de Date Reçue/Date Received 2021-06-03 supprimer ou de réduire les réactions parasites comme la formation de LiF et HF
résultantes de la dégradation de liens C-F.
Le brevet coréen publiée sous le numéro KR 10-2193945 et la demande de brevet PCT
publiée sous le numéro W02019/004714 décrivent un procédé de fabrication d'un film d'électrolyte solide comprenant un électrolyte solide à base de sulfure et d'un film d'électrode composite permettant d'améliorer les propriétés de dispersion, de densité et de conductivité ionique entre les particules d'électrolyte solide et entre les particules d'électrolyte solide et les particules de matière active par cristallisation d'un état amorphe à cristallin. Pour ce faire, un copolymère à base de norbornène est utilisé, notamment du poly(éthylène-co-propylène-co-5-méthylène-2-norbornène (PEPMNB).
Cependant, il existe toujours un besoin pour le développement de nouveaux matériaux pour utilisation dans des systèmes électrochimiques à l'état tout solide excluant un ou plusieurs des inconvénients mentionnés ci-dessus.
SOMMAIRE
Selon un aspect, la présente technologie concerne une composition de liant comprenant un mélange d'un polymère basé sur le polybutadiène et d'un polymère comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un composé de Formule I :
/
Formule I
dans laquelle, R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d'hydrogène, un groupement carboxyle (-COOH), un groupement acide sulfonique (-503H), un groupement hydroxyle (-OH), un atome de fluor et un atome de chlore.
Dans un mode de réalisation, le polymère est un polymère de Formule II :
2 Date Reçue/Date Received 2021-06-03 n Formule II
dans laquelle, R1 et R2 sont tels qu'ici définis, et n est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polymère de Formule II soit compris entre environ 10 000 g/mol et environ 100 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Dans un autre mode de réalisation, le poids moléculaire moyen du polymère de Formule Il est compris entre environ 12 000 g/mol et environ 85 000 g/mol, ou entre environ 15 000 g/mol et environ 75 000 g/mol, ou entre environ 20 000 g/mol et environ 65 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 55 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 50 000 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Dans un autre mode de réalisation, R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d'hydrogène et un groupement -COOH. Selon un exemple, R1 est un groupement -COOH et R2 est un atome d'hydrogène. Selon un autre exemple, R1 et R2 sont tous deux des groupements -COOH.
Dans un autre mode de réalisation, le polymère basé sur le polybutadiène est du polybutadiène.
Dans un autre mode de réalisation, le polymère basé sur le polybutadiène est choisi parmi les polybutadiènes époxydés. Selon un exemple, le polybutadiène époxydé
comprend des unités répétitives de Formules III, IV et V:
/
dans laquelle, R1 et R2 sont tels qu'ici définis, et n est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polymère de Formule II soit compris entre environ 10 000 g/mol et environ 100 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Dans un autre mode de réalisation, le poids moléculaire moyen du polymère de Formule Il est compris entre environ 12 000 g/mol et environ 85 000 g/mol, ou entre environ 15 000 g/mol et environ 75 000 g/mol, ou entre environ 20 000 g/mol et environ 65 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 55 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 50 000 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Dans un autre mode de réalisation, R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d'hydrogène et un groupement -COOH. Selon un exemple, R1 est un groupement -COOH et R2 est un atome d'hydrogène. Selon un autre exemple, R1 et R2 sont tous deux des groupements -COOH.
Dans un autre mode de réalisation, le polymère basé sur le polybutadiène est du polybutadiène.
Dans un autre mode de réalisation, le polymère basé sur le polybutadiène est choisi parmi les polybutadiènes époxydés. Selon un exemple, le polybutadiène époxydé
comprend des unités répétitives de Formules III, IV et V:
/
3 Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Formule III Formule IV Formule V
et deux groupes terminaux hydroxyles.
Selon un autre exemple, le polybutadiène époxydé est de Formule VI:
_ -_ 0 m Formule VI
dans laquelle, m est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé de Formule VI soit compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses; et le poids équivalent d'époxyde est compris entre environ 100 g/mol et environ g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le polybutadiène époxydé est une résine Poly bd Tm 600E ayant un poids moléculaire moyen d'environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 400 g/mol et environ 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le polybutadiène époxydé est une résine Poly bdTM 605E
ayant un poids moléculaire moyen d'environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 260 g/mol et environ 330 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Dans un autre mode de réalisation, le rapport pondéral polymère basé sur le polybutadiène: polymère comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation du composé de Formule I est compris dans l'intervalle allant d'environ 6:1 à environ 2:3, bornes supérieures et inférieures incluses. Par exemple, le rapport pondéral est compris dans l'intervalle allant d'environ 5,5:1 à
environ 2:3, ou allant d'environ 5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 4,5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 4:1
et deux groupes terminaux hydroxyles.
Selon un autre exemple, le polybutadiène époxydé est de Formule VI:
_ -_ 0 m Formule VI
dans laquelle, m est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé de Formule VI soit compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses; et le poids équivalent d'époxyde est compris entre environ 100 g/mol et environ g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le polybutadiène époxydé est une résine Poly bd Tm 600E ayant un poids moléculaire moyen d'environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 400 g/mol et environ 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le polybutadiène époxydé est une résine Poly bdTM 605E
ayant un poids moléculaire moyen d'environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 260 g/mol et environ 330 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Dans un autre mode de réalisation, le rapport pondéral polymère basé sur le polybutadiène: polymère comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation du composé de Formule I est compris dans l'intervalle allant d'environ 6:1 à environ 2:3, bornes supérieures et inférieures incluses. Par exemple, le rapport pondéral est compris dans l'intervalle allant d'environ 5,5:1 à
environ 2:3, ou allant d'environ 5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 4,5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 4:1
4 Date Reçue/Date Received 2021-06-03 à environ 2:3, ou allant d'environ 6:1 à environ 1:1, ou allant d'environ
5,5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 4,5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 4:1 à environ 1:1 bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d'intérêt, le rapport pondéral est compris dans l'intervalle allant d'environ 4:1 à environ 1:1 bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un liant comprenant une composition de liant telle qu'ici définie. Selon un exemple, le liant est utilisé dans un matériau électrode.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un matériau d'électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif et un liant tel qu'ici défini.
Dans un mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un oxyde de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un phosphate de métal, un fluorophosphate de métal, un oxyfluorophosphate de métal, un sulfate de métal, un halogénure de métal, un fluorure de métal, du soufre, du sélénium et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Par exemple, le métal du matériau électrochimiquement actif est choisi parmi le titane (Ti), le fer (Fe), le manganèse (Mn), le vanadium (V), le nickel (Ni), le cobalt (Co), l'aluminium (AI), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le zirconium (Zr), le niobium (Nb) et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Selon un exemple, le matériau électrochimiquement actif comprend en outre un métal alcalin ou alcalino-terreux choisi parmi le lithium (Li), le sodium (Na), le potassium (K) et le magnésium (Mg).
Dans un mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un métal non-alcalin ou non-alcalino-terreux, un composé intermétallique, un oxyde de métal, un nitrure de métal, un phosphure de métal, un phosphate de métal, un halogénure de métal, un fluorure de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un carbone, du silicium (Si), un composite silicium-carbone (Si-C), un oxyde de silicium (Si0x), un composite oxyde de silicium-carbone (SiOx-C), de l'étain (Sn), un composite étain-carbone (Sn-C), un oxyde d'étain (SnOx), un composite oxyde d'étain-carbone (SnOx-C), et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif comprend en outre un élément dopant.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Dans un autre mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif est sous forme de particules. Par exemple, les particules de matériau électrochimiquement comprennent en outre un matériau d'enrobage. Selon un exemple, le matériau d'enrobage est choisi parmi Li2SiO3, Li4Ti5012, LiTa03, LiA102, Li2O-ZrO2, LiNb03, d'autres matériaux similaires et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, le matériau d'enrobage est un matériau conducteur électronique.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau d'électrode comprend en outre un matériau conducteur électronique. Par exemple, le matériau conducteur électronique est choisi parmi le groupe constitué du noir de carbone, du noir d'acétylène, du graphite, du graphène, des fibres de carbone, des nanofibres de carbone, des nanotubes de carbones, et d'une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Selon un exemple d'intérêt, la surface dudit matériau conducteur électronique est greffée avec au moins un groupement aryle de Formule VII:
FGn*, Formule VII
dans laquelle, FG est un groupement fonctionnel hydrophile; et n est un nombre entier naturel compris dans l'intervalle de 1 à 5, de préférence n est compris dans l'intervalle de 1 à 3, de préférence n est 1 ou 2, ou plus préférentiellement n est 1.
Selon un exemple, le groupe fonctionnel hydrophile est un groupe fonctionnel acide carboxylique ou acide sulfonique. Selon un autre exemple, le groupement aryle de Formule VII est l'acide p-benzoïque ou l'acide p-benzènesulfonique.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau d'électrode comprend en outre un additif.
Par exemple, l'additif est choisi parmi les matériaux conducteurs ioniques, les particules inorganiques, les particules de verre ou de vitrocéramique, les particules de céramique, les nano céramiques, des sels et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Selon un exemple, l'additif comprend des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d'oxysulfure ou d'oxyde. Selon un autre exemple, l'additif est choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON,
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un liant comprenant une composition de liant telle qu'ici définie. Selon un exemple, le liant est utilisé dans un matériau électrode.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un matériau d'électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif et un liant tel qu'ici défini.
Dans un mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un oxyde de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un phosphate de métal, un fluorophosphate de métal, un oxyfluorophosphate de métal, un sulfate de métal, un halogénure de métal, un fluorure de métal, du soufre, du sélénium et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Par exemple, le métal du matériau électrochimiquement actif est choisi parmi le titane (Ti), le fer (Fe), le manganèse (Mn), le vanadium (V), le nickel (Ni), le cobalt (Co), l'aluminium (AI), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le zirconium (Zr), le niobium (Nb) et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Selon un exemple, le matériau électrochimiquement actif comprend en outre un métal alcalin ou alcalino-terreux choisi parmi le lithium (Li), le sodium (Na), le potassium (K) et le magnésium (Mg).
Dans un mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un métal non-alcalin ou non-alcalino-terreux, un composé intermétallique, un oxyde de métal, un nitrure de métal, un phosphure de métal, un phosphate de métal, un halogénure de métal, un fluorure de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un carbone, du silicium (Si), un composite silicium-carbone (Si-C), un oxyde de silicium (Si0x), un composite oxyde de silicium-carbone (SiOx-C), de l'étain (Sn), un composite étain-carbone (Sn-C), un oxyde d'étain (SnOx), un composite oxyde d'étain-carbone (SnOx-C), et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif comprend en outre un élément dopant.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Dans un autre mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif est sous forme de particules. Par exemple, les particules de matériau électrochimiquement comprennent en outre un matériau d'enrobage. Selon un exemple, le matériau d'enrobage est choisi parmi Li2SiO3, Li4Ti5012, LiTa03, LiA102, Li2O-ZrO2, LiNb03, d'autres matériaux similaires et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, le matériau d'enrobage est un matériau conducteur électronique.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau d'électrode comprend en outre un matériau conducteur électronique. Par exemple, le matériau conducteur électronique est choisi parmi le groupe constitué du noir de carbone, du noir d'acétylène, du graphite, du graphène, des fibres de carbone, des nanofibres de carbone, des nanotubes de carbones, et d'une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Selon un exemple d'intérêt, la surface dudit matériau conducteur électronique est greffée avec au moins un groupement aryle de Formule VII:
FGn*, Formule VII
dans laquelle, FG est un groupement fonctionnel hydrophile; et n est un nombre entier naturel compris dans l'intervalle de 1 à 5, de préférence n est compris dans l'intervalle de 1 à 3, de préférence n est 1 ou 2, ou plus préférentiellement n est 1.
Selon un exemple, le groupe fonctionnel hydrophile est un groupe fonctionnel acide carboxylique ou acide sulfonique. Selon un autre exemple, le groupement aryle de Formule VII est l'acide p-benzoïque ou l'acide p-benzènesulfonique.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau d'électrode comprend en outre un additif.
Par exemple, l'additif est choisi parmi les matériaux conducteurs ioniques, les particules inorganiques, les particules de verre ou de vitrocéramique, les particules de céramique, les nano céramiques, des sels et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Selon un exemple, l'additif comprend des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d'oxysulfure ou d'oxyde. Selon un autre exemple, l'additif est choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON,
6 Date Reçue/Date Received 2021-06-03 argyrodites, grenats, NASICON, perovskites, les oxydes, les sulfures, les oxysulfures, les phosphures, les fluorures, de forme cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, l'additif est choisi parmi les composés inorganiques de formules MLZO (par exemple, M7La3Zr2012, M(7-a)La3Zr2A1b012, M(7-a)La3Zr2Gab012, M(7_a)La3Zr(2_b)Tab012, et M(7_a)La3Zr(2_b)Nbb012); MLTa0 (par exemple, M7La3Ta2012, M5La3Ta2012, et M6La3Tai.5Y0.5012); MLSnO (par exemple, M7La3Sn2012);
MAGP (par exemple, Mi,AlaGe2_a(PO4)3); MATP (par exemple, Mi,AlaTi2_a(PO4)3,);
MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3_a)TiO3); MZP (par exemple, MaZrb(PO4)c); MCZP
(par exemple, MaCabZrc(PO4)d); MGPS (par exemple, MaGebP,Sd tel que MioGeP2S12);
MGPSO (par exemple, MaGebP,Sd0.); MSiPS (par exemple, MaSibPcSd tel que MioSiP2Si2); MSiPSO (par exemple, MaSibP,Sd0.); MSnPS (par exemple, MaSnbPcSd tel que MioSnP2S12); MSnPSO (par exemple, MaSnbP,Sd0.); MPS (par exemple, MaPbS, tel que M7P3511); MPSO (par exemple, MaPbScOd); MZPS (par exemple, MaZnbPcSd);
MZPSO
(par exemple, MaZnbP,Sd0.); xM2S-yP2S5; xM2S-yP2S5-zMX; xM2S-yP2S5-zP205; xM2S-yP2S5-zP205-wMX; xM2S-yM20-zP2S5; xM2S-yM20-zP2S5-wMX; xM2S-yM20-zP2S5-wP205; xM2S-yM20-zP2S5-wP205-vMX; xM2S-y5i52; MPSX (par exemple, MaPbScXd tel que M7P3511X, M7P258X, et M6PS5X); MPSOX (par exemple, MaPbScOdX.); MGPSX
(MaGebP.SdXe); MGPSOX (MaGebPcSdOeXf); MSiPSX (MaSibPcSdX.); MSiPSOX
(MaSibPcSdOeXf); MSnPSX (MaSnbPcSdXe); MSnPSOX (MaSnbP,SdOeXf); MZPSX
(MaZnbPcSdX.); MZPSOX (MaZnbPcSdOeXf); M30X; M2HOX; M3PO4; M3P54.; et MaP0bNc (où a = 2b + 3c - 5);
dans lesquelles :
M est un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou une de leurs combinaisons, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison de ceux-ci;
a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
Selon une variante d'intérêt, l'additif est choisi parmi les composés inorganiques de type argyrodites de formule Li6PS5X dans laquelle X est Cl, Br ou I. Par exemple, l'additif est Li6PS5CI.
MAGP (par exemple, Mi,AlaGe2_a(PO4)3); MATP (par exemple, Mi,AlaTi2_a(PO4)3,);
MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3_a)TiO3); MZP (par exemple, MaZrb(PO4)c); MCZP
(par exemple, MaCabZrc(PO4)d); MGPS (par exemple, MaGebP,Sd tel que MioGeP2S12);
MGPSO (par exemple, MaGebP,Sd0.); MSiPS (par exemple, MaSibPcSd tel que MioSiP2Si2); MSiPSO (par exemple, MaSibP,Sd0.); MSnPS (par exemple, MaSnbPcSd tel que MioSnP2S12); MSnPSO (par exemple, MaSnbP,Sd0.); MPS (par exemple, MaPbS, tel que M7P3511); MPSO (par exemple, MaPbScOd); MZPS (par exemple, MaZnbPcSd);
MZPSO
(par exemple, MaZnbP,Sd0.); xM2S-yP2S5; xM2S-yP2S5-zMX; xM2S-yP2S5-zP205; xM2S-yP2S5-zP205-wMX; xM2S-yM20-zP2S5; xM2S-yM20-zP2S5-wMX; xM2S-yM20-zP2S5-wP205; xM2S-yM20-zP2S5-wP205-vMX; xM2S-y5i52; MPSX (par exemple, MaPbScXd tel que M7P3511X, M7P258X, et M6PS5X); MPSOX (par exemple, MaPbScOdX.); MGPSX
(MaGebP.SdXe); MGPSOX (MaGebPcSdOeXf); MSiPSX (MaSibPcSdX.); MSiPSOX
(MaSibPcSdOeXf); MSnPSX (MaSnbPcSdXe); MSnPSOX (MaSnbP,SdOeXf); MZPSX
(MaZnbPcSdX.); MZPSOX (MaZnbPcSdOeXf); M30X; M2HOX; M3PO4; M3P54.; et MaP0bNc (où a = 2b + 3c - 5);
dans lesquelles :
M est un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou une de leurs combinaisons, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison de ceux-ci;
a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
Selon une variante d'intérêt, l'additif est choisi parmi les composés inorganiques de type argyrodites de formule Li6PS5X dans laquelle X est Cl, Br ou I. Par exemple, l'additif est Li6PS5CI.
7 Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une électrode comprenant le matériau d'électrode tel qu'ici défini sur un collecteur de courant. Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une électrode autosupportée comprenant le matériau d'électrode tel qu'ici défini.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle au moins l'une de l'électrode positive ou de l'électrode négative est telle qu'ici définie ou comprend un matériau d'électrode tel qu'ici défini.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte en gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte solide hybride polymère-céramique.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte comprend un matériau d'électrolyte solide inorganique. Selon un exemple, laquelle le matériau d'électrolyte solide inorganique comprend des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d'oxysulfure ou d'oxyde. Selon un autre exemple, le matériau d'électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON, argyrodites, grenats, NASICON, perovskites, les oxydes, les sulfures, les oxysulfures, les phosphures, les fluorures, de forme cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, le matériau d'électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés inorganiques de formules MLZO (par exemple, M7La3Zr2012, M(7_a)La3Zr2A1b012, M(7_a)La3Zr2Gab012, M(7_a)La3Zr(2_ jab012, et M(7_a)La3Zr(2_b)Nbb012); MLTa0 (par exemple, M7La3Ta2012, M5La3Ta2012, et M6La3Ta1.5Y0.5012); MLSnO (par exemple, M7La3Sn2012); MAGP (par exemple, Mi+aAlaGe2_a(PO4)3); MATP (par exemple, Mi+aAlaTi2_a(PO4)3,); MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3_a)TiO3); MZP (par exemple, MaZrb(PO4),); MCZP (par exemple, MaCabZrc(PO4)d);
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle au moins l'une de l'électrode positive ou de l'électrode négative est telle qu'ici définie ou comprend un matériau d'électrode tel qu'ici défini.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte en gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte solide hybride polymère-céramique.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte comprend un matériau d'électrolyte solide inorganique. Selon un exemple, laquelle le matériau d'électrolyte solide inorganique comprend des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d'oxysulfure ou d'oxyde. Selon un autre exemple, le matériau d'électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON, argyrodites, grenats, NASICON, perovskites, les oxydes, les sulfures, les oxysulfures, les phosphures, les fluorures, de forme cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, le matériau d'électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés inorganiques de formules MLZO (par exemple, M7La3Zr2012, M(7_a)La3Zr2A1b012, M(7_a)La3Zr2Gab012, M(7_a)La3Zr(2_ jab012, et M(7_a)La3Zr(2_b)Nbb012); MLTa0 (par exemple, M7La3Ta2012, M5La3Ta2012, et M6La3Ta1.5Y0.5012); MLSnO (par exemple, M7La3Sn2012); MAGP (par exemple, Mi+aAlaGe2_a(PO4)3); MATP (par exemple, Mi+aAlaTi2_a(PO4)3,); MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3_a)TiO3); MZP (par exemple, MaZrb(PO4),); MCZP (par exemple, MaCabZrc(PO4)d);
8 Date Reçue/Date Received 2021-06-03 MGPS (par exemple, MaGebPcSd tel que M1oGeP2S12); MGPSO (par exemple, MaGebPcSd0.); MSiPS (par exemple, MaSibPcSd tel que MioSiP2Si2); MSiPSO (par exemple, MaSibPcSd0.); MSnPS (par exemple, MaSnbPcSd tel que M1oSnP2S12);
MSnPSO
(par exemple, MaSnbPcSd0.); MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3S11); MPSO
(par exemple, MaPbScOd); MZPS (par exemple, MaZnbPcSd); MZPSO (par exemple, MaZnbPcSd0e); xM2S-yP2S5; xM2S-yP2S5-zMX; xM2S-yP2S5-zP205; xM2S-yP2S5-zP205-wMX; xM2S-yM20-zP2S5; xM2S-yM20-zP2S5-wMX; xM2S-yM20-zP2S5-wP205; xM2S-yM20-zP2S5-wP205-vMX; xM2S-ySiS2; MPSX (par exemple, MaPbScXd tel que M7P3S11X, M7P2S8X, et M6PS5X); MPSOX (par exemple, MaPbScOdX.); MGPSX (MaGebPcSdXe);
MGPSOX (MaGebPcSdOeXf); MSiPSX (MaSibPcSdX.); MSiPSOX (MaSibPcSdOeXf);
MSnPSX (MaSnbPcSdX.); MSnPSOX (MaSnbPcSdOeXf); MZPSX (MaZnbPcSdX.); MZPSOX
(MaZnbPcSdOeXf); M30X; M2HOX; M3PO4; M3PS4; et MaP0bNc (où a = 2b + 3c - 5);
dans lesquelles :
M est un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou une de leurs combinaisons, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison de ceux-ci;
a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
Selon une variante d'intérêt, le matériau d'électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés inorganiques de type argyrodites de formule Li6PS5X dans laquelle X est Cl, Br ou I. Par exemple, le matériau d'électrolyte solide inorganique est Li6PS5CI.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un accumulateur électrochimique comprenant au moins une cellule électrochimique telle qu'ici définie.
Dans un autre mode de réalisation, l'accumulateur électrochimique est une batterie choisie parmi une batterie au lithium, une batterie lithium-ion, une batterie au sodium, une batterie sodium-ion, une batterie au magnésium, une batterie magnésium-ion.
Dans un autre mode de réalisation, l'accumulateur électrochimique est une batterie dite tout solide.
MSnPSO
(par exemple, MaSnbPcSd0.); MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3S11); MPSO
(par exemple, MaPbScOd); MZPS (par exemple, MaZnbPcSd); MZPSO (par exemple, MaZnbPcSd0e); xM2S-yP2S5; xM2S-yP2S5-zMX; xM2S-yP2S5-zP205; xM2S-yP2S5-zP205-wMX; xM2S-yM20-zP2S5; xM2S-yM20-zP2S5-wMX; xM2S-yM20-zP2S5-wP205; xM2S-yM20-zP2S5-wP205-vMX; xM2S-ySiS2; MPSX (par exemple, MaPbScXd tel que M7P3S11X, M7P2S8X, et M6PS5X); MPSOX (par exemple, MaPbScOdX.); MGPSX (MaGebPcSdXe);
MGPSOX (MaGebPcSdOeXf); MSiPSX (MaSibPcSdX.); MSiPSOX (MaSibPcSdOeXf);
MSnPSX (MaSnbPcSdX.); MSnPSOX (MaSnbPcSdOeXf); MZPSX (MaZnbPcSdX.); MZPSOX
(MaZnbPcSdOeXf); M30X; M2HOX; M3PO4; M3PS4; et MaP0bNc (où a = 2b + 3c - 5);
dans lesquelles :
M est un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou une de leurs combinaisons, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison de ceux-ci;
a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
Selon une variante d'intérêt, le matériau d'électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés inorganiques de type argyrodites de formule Li6PS5X dans laquelle X est Cl, Br ou I. Par exemple, le matériau d'électrolyte solide inorganique est Li6PS5CI.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un accumulateur électrochimique comprenant au moins une cellule électrochimique telle qu'ici définie.
Dans un autre mode de réalisation, l'accumulateur électrochimique est une batterie choisie parmi une batterie au lithium, une batterie lithium-ion, une batterie au sodium, une batterie sodium-ion, une batterie au magnésium, une batterie magnésium-ion.
Dans un autre mode de réalisation, l'accumulateur électrochimique est une batterie dite tout solide.
9 Date Reçue/Date Received 2021-06-03 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La Figure 1 montre en (A) une image par MEB du Film 1, et en (B) l'image correspondante de cartographie par EDS permettant l'analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent respectivement 300 pm et 100 pm.
La Figure 2 montre en (A) une image par MEB du Film 2, et en (B) l'image correspondante de cartographie par EDS permettant l'analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 3 montre en (A) une image par MEB du Film 3, et en (B) l'image correspondante de cartographie par EDS permettant l'analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 4 montre en (A) une image par MEB du Film 4, et en (B) l'image correspondante de cartographie par EDS permettant l'analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 5 montre en (A) une image par MEB du Film 5, et en (B) l'image correspondante de cartographie par EDS permettant l'analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 6 montre en (A) une image par MEB du Film 7 permettant de voir les différentes couches du film, et en (B) une image MEB vue de dessus de ce même film, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 7 montre en (A) une image par MEB du Film 8 permettant de voir les différentes couches du film, et en (B) une image MEB vue de dessus de ce même film, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 8 montre en (A) une image par MEB du Film 9 permettant de voir les différentes couches du film, et en (B) une image MEB vue de dessus de ce même film, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 La Figure 9 montre un graphique de la capacité de décharge (mAh/g) et de l'efficacité
coulombique (%) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 1 (3) et la Cellule 2 (A), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
La Figure 10 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge (V) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 1 (3) et la Cellule 2 ( A), tel que décrit à
l'Exemple 5(b).
La Figure 11 montre un graphique de la capacité de décharge (mAh/g) et de l'efficacité
coulombique (%) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 3 (3), la Cellule 4 (.) et la Cellule 5 (A), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
La Figure 12 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge (V) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 3 (3), la Cellule 4 (.) et la Cellule 5 ( A), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
La Figure 13 montre en (A) un graphique de la capacité de décharge et de l'efficacité
coulombique (%) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 6 (3), la Cellule 7 (A), la Cellule 8 (.), la Cellule 9 (Y) et la Cellule 10 (*), tel que décrit à
l'Exemple 5(b).
La Figure 14 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge (V) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 6 (3), la Cellule 7 (A), la Cellule 8 (.), la Cellule 9 (Y) et la Cellule 10 (*), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Tous les termes et toutes les expressions techniques et scientifiques utilisés ici ont les mêmes définitions que celles généralement comprises de la personne versée dans l'art de la présente technologie. La définition de certains termes et expressions utilisés est néanmoins fournie ci-dessous.
Lorsque le terme environ est utilisé ici, il signifie approximativement, dans la région de, ou autour de. Par exemple, lorsque le terme environ est utilisé en lien avec une valeur numérique, il la modifie au-dessus et au-dessous par une variation de
La Figure 1 montre en (A) une image par MEB du Film 1, et en (B) l'image correspondante de cartographie par EDS permettant l'analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent respectivement 300 pm et 100 pm.
La Figure 2 montre en (A) une image par MEB du Film 2, et en (B) l'image correspondante de cartographie par EDS permettant l'analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 3 montre en (A) une image par MEB du Film 3, et en (B) l'image correspondante de cartographie par EDS permettant l'analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 4 montre en (A) une image par MEB du Film 4, et en (B) l'image correspondante de cartographie par EDS permettant l'analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 5 montre en (A) une image par MEB du Film 5, et en (B) l'image correspondante de cartographie par EDS permettant l'analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 6 montre en (A) une image par MEB du Film 7 permettant de voir les différentes couches du film, et en (B) une image MEB vue de dessus de ce même film, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 7 montre en (A) une image par MEB du Film 8 permettant de voir les différentes couches du film, et en (B) une image MEB vue de dessus de ce même film, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 8 montre en (A) une image par MEB du Film 9 permettant de voir les différentes couches du film, et en (B) une image MEB vue de dessus de ce même film, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 La Figure 9 montre un graphique de la capacité de décharge (mAh/g) et de l'efficacité
coulombique (%) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 1 (3) et la Cellule 2 (A), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
La Figure 10 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge (V) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 1 (3) et la Cellule 2 ( A), tel que décrit à
l'Exemple 5(b).
La Figure 11 montre un graphique de la capacité de décharge (mAh/g) et de l'efficacité
coulombique (%) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 3 (3), la Cellule 4 (.) et la Cellule 5 (A), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
La Figure 12 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge (V) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 3 (3), la Cellule 4 (.) et la Cellule 5 ( A), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
La Figure 13 montre en (A) un graphique de la capacité de décharge et de l'efficacité
coulombique (%) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 6 (3), la Cellule 7 (A), la Cellule 8 (.), la Cellule 9 (Y) et la Cellule 10 (*), tel que décrit à
l'Exemple 5(b).
La Figure 14 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge (V) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 6 (3), la Cellule 7 (A), la Cellule 8 (.), la Cellule 9 (Y) et la Cellule 10 (*), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Tous les termes et toutes les expressions techniques et scientifiques utilisés ici ont les mêmes définitions que celles généralement comprises de la personne versée dans l'art de la présente technologie. La définition de certains termes et expressions utilisés est néanmoins fournie ci-dessous.
Lorsque le terme environ est utilisé ici, il signifie approximativement, dans la région de, ou autour de. Par exemple, lorsque le terme environ est utilisé en lien avec une valeur numérique, il la modifie au-dessus et au-dessous par une variation de
10% par rapport à sa valeur nominale. Ce terme peut également tenir compte, par exemple, de l'erreur expérimentale d'un appareil de mesure ou de l'arrondissement.
11 Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Lorsqu'un intervalle de valeurs est mentionné dans la présente demande, les bornes inférieures et supérieures de l'intervalle sont, à moins d'indications contraires, toujours incluses dans la définition. Lorsqu'un intervalle de valeurs est mentionné
dans la présente demande, alors tous les intervalles et sous-intervalles intermédiaires, ainsi que les valeurs individuelles incluses dans les intervalles de valeurs, sont inclus dans la définition.
Lorsque l'article un est utilisé pour introduire un élément dans la présente demande, il n'a pas le sens de un seul , mais plutôt de un ou plusieurs . Bien entendu, lorsque la description stipule qu'une étape, un composant, un élément ou une caractéristique particulière peut ou pourrait être inclus, cette étape, ce composant, cet élément ou cette caractéristique particulière n'est pas tenu d'être inclus dans chaque mode de réalisation.
Pour plus de clarté, l'expression unités monomères dérivées de et des expressions équivalentes, telles qu'utilisées ici, se réfèrent à des unités répétées de polymère obtenues à partir de la polymérisation d'un monomère polymérisable.
Le terme aryle tel qu'ici utilisé désigne des cycles aromatiques substitués ou non substitués, les atomes contributeurs pouvant former un cycle ou une pluralité
de cycles fusionnés. Des groupements aryles représentatifs comprennent les groupes comportant de 6 à 14 membres de cycle. Par exemple, l'aryle peut comprendre un phényle, un naphtyle, etc. Le cycle aromatique peut être substitué à une position du cycle ou plus avec, par exemple, un groupement carboxyle (-COOH) ou acide sulfonique (-S03H), un groupement amine, et autres groupes similaires.
L'expression groupe fonctionnel hydrophile , telle qu'utilisée ici, désigne des groupements fonctionnels attirés par les molécules d'eau. Les groupements fonctionnels hydrophiles peuvent généralement être chargés et/ou capables de former des ponts hydrogène. Des exemples non limitatifs de groupements fonctionnels hydrophiles comprennent les groupements hydroxyle, carboxyle, acide sulfonique, acide phosphonique, amine, amide et autres groupes similaires. L'expression englobe en outre les sels de ces groupes, le cas échéant.
L'expression électrode autoportante telle qu'utilisée ici se réfère à une électrode sans collecteur du courant métallique.
dans la présente demande, alors tous les intervalles et sous-intervalles intermédiaires, ainsi que les valeurs individuelles incluses dans les intervalles de valeurs, sont inclus dans la définition.
Lorsque l'article un est utilisé pour introduire un élément dans la présente demande, il n'a pas le sens de un seul , mais plutôt de un ou plusieurs . Bien entendu, lorsque la description stipule qu'une étape, un composant, un élément ou une caractéristique particulière peut ou pourrait être inclus, cette étape, ce composant, cet élément ou cette caractéristique particulière n'est pas tenu d'être inclus dans chaque mode de réalisation.
Pour plus de clarté, l'expression unités monomères dérivées de et des expressions équivalentes, telles qu'utilisées ici, se réfèrent à des unités répétées de polymère obtenues à partir de la polymérisation d'un monomère polymérisable.
Le terme aryle tel qu'ici utilisé désigne des cycles aromatiques substitués ou non substitués, les atomes contributeurs pouvant former un cycle ou une pluralité
de cycles fusionnés. Des groupements aryles représentatifs comprennent les groupes comportant de 6 à 14 membres de cycle. Par exemple, l'aryle peut comprendre un phényle, un naphtyle, etc. Le cycle aromatique peut être substitué à une position du cycle ou plus avec, par exemple, un groupement carboxyle (-COOH) ou acide sulfonique (-S03H), un groupement amine, et autres groupes similaires.
L'expression groupe fonctionnel hydrophile , telle qu'utilisée ici, désigne des groupements fonctionnels attirés par les molécules d'eau. Les groupements fonctionnels hydrophiles peuvent généralement être chargés et/ou capables de former des ponts hydrogène. Des exemples non limitatifs de groupements fonctionnels hydrophiles comprennent les groupements hydroxyle, carboxyle, acide sulfonique, acide phosphonique, amine, amide et autres groupes similaires. L'expression englobe en outre les sels de ces groupes, le cas échéant.
L'expression électrode autoportante telle qu'utilisée ici se réfère à une électrode sans collecteur du courant métallique.
12 Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Les structures chimiques décrites ici sont dessinées suivant les conventions du domaine.
Aussi, lorsqu'un atome, comme un atome de carbone, tel que dessiné semble inclure une valence incomplète, alors on assume que la valence est satisfaite par un ou plusieurs atomes d'hydrogène même s'ils ne sont pas explicitement dessinés.
La présente technologie concerne un liant d'électrode comprenant un mélange de polymères, plus spécifiquement un liant d'électrode comprenant un mélange de polymères pour utilisation dans des systèmes électrochimiques dits tout solide.
Plus particulièrement, la présente technologie concerne un liant d'électrode comprenant un mélange d'un polymère basé sur le polybutadiène et d'un polymère comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un composé de Formule I :
/
Formule I
dans laquelle, R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d'hydrogène, un groupement carboxyle (-COOH), un groupement acide sulfonique (-S03H), un groupement hydroxyle (-OH), un atome de fluor et un atome de chlore.
Selon un exemple, au moins l'un de R1 ou R2 est choisi parmi -COOH, -503H -OH, F, et Cl, ce qui signifie qu'au moins l'un de R1 ou R2 est différent d'un atome d'hydrogène.
Selon un autre exemple, R1 est -COOH et R2 est un atome d'hydrogène.
Selon un autre exemple, au moins l'un de R1 ou R2 est un -COOH et les unités monomères à base de norbornène sont des unités monomères à base de norbornène fonctionnalisées par un acide carboxylique. Selon une variante d'intérêt, R1 est un -COOH et R2 est un atome d'hydrogène. Selon une autre variante d'intérêt, R1 et R2 sont tous deux -COOH.
Aussi, lorsqu'un atome, comme un atome de carbone, tel que dessiné semble inclure une valence incomplète, alors on assume que la valence est satisfaite par un ou plusieurs atomes d'hydrogène même s'ils ne sont pas explicitement dessinés.
La présente technologie concerne un liant d'électrode comprenant un mélange de polymères, plus spécifiquement un liant d'électrode comprenant un mélange de polymères pour utilisation dans des systèmes électrochimiques dits tout solide.
Plus particulièrement, la présente technologie concerne un liant d'électrode comprenant un mélange d'un polymère basé sur le polybutadiène et d'un polymère comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un composé de Formule I :
/
Formule I
dans laquelle, R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d'hydrogène, un groupement carboxyle (-COOH), un groupement acide sulfonique (-S03H), un groupement hydroxyle (-OH), un atome de fluor et un atome de chlore.
Selon un exemple, au moins l'un de R1 ou R2 est choisi parmi -COOH, -503H -OH, F, et Cl, ce qui signifie qu'au moins l'un de R1 ou R2 est différent d'un atome d'hydrogène.
Selon un autre exemple, R1 est -COOH et R2 est un atome d'hydrogène.
Selon un autre exemple, au moins l'un de R1 ou R2 est un -COOH et les unités monomères à base de norbornène sont des unités monomères à base de norbornène fonctionnalisées par un acide carboxylique. Selon une variante d'intérêt, R1 est un -COOH et R2 est un atome d'hydrogène. Selon une autre variante d'intérêt, R1 et R2 sont tous deux -COOH.
13 Date Reçue/Date Received 2021-06-03 La présente technologie concerne également un liant d'électrode comprenant un mélange d'un polymère basé sur le polybutadiène et d'un polymère de Formule II :
Formule II
dans laquelle, R1 et R2 sont tels que définis précédemment, et n est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polymère de Formule II soit compris entre environ 10 000 g/mol et environ 100 000 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le poids moléculaire moyen du polymère de Formule II
est compris entre environ 12 000 g/mol et environ 85 000 g/mol, ou entre environ g/mol et environ 75 000 g/mol, ou entre environ 20 000 g/mol et environ 65 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 55 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 50 000 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon une variante d'intérêt R1 et R2 sont des groupements -COOH.
Selon un autre exemple, le polymère est de Formule 11(a):
OH
Formule II(a) dans laquelle, R2 et n sont tels que définis précédemment.
Formule II
dans laquelle, R1 et R2 sont tels que définis précédemment, et n est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polymère de Formule II soit compris entre environ 10 000 g/mol et environ 100 000 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le poids moléculaire moyen du polymère de Formule II
est compris entre environ 12 000 g/mol et environ 85 000 g/mol, ou entre environ g/mol et environ 75 000 g/mol, ou entre environ 20 000 g/mol et environ 65 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 55 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 50 000 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon une variante d'intérêt R1 et R2 sont des groupements -COOH.
Selon un autre exemple, le polymère est de Formule 11(a):
OH
Formule II(a) dans laquelle, R2 et n sont tels que définis précédemment.
14 Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Selon un autre exemple, le polymère est de Formule 11(b):
n OH
Formule II(b) dans laquelle, n est tel que défini précédemment.
Selon un autre exemple, le polymère à base de norbornène de Formules II, II(a) ou II(b) est un homopolymère.
Selon un autre exemple, la polymérisation d'un monomère à base de norbornène de Formule I peut être effectuée par toutes les méthodes de polymérisation compatibles et connues. Selon une variante d'intérêt, la polymérisation d'un composé de Formule I par le procédé de synthèse décrit par Commarieu, B. et al. (Commarieu, Basile, et al.
"Ultrahigh Tg Epoxy Thermosets Based on Insertion Polynorbornenes", Macromolecules, 49.3 (2016): 920-925). Par exemple, la polymérisation d'un composé de Formule I peut également être effectuée par polymérisation par addition.
Par exemple, les polymères à base de norbornène produits par polymérisation par addition sont substantiellement stables dans des conditions sévères (par exemple des conditions acides et basiques). La polymérisation par addition de polymères à
base de norbornène peut être réalisée en utilisant des monomères à base de norbornène bon marché. La température de transition vitreuse (Tv) obtenue avec les polymères à base de norbornène produits par cette voie de polymérisation peut être égale ou supérieure à 300 C, par exemple aussi élevée que 350 C.
Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polybutadiène peut être caractérisé par une élasticité ou une flexibilité substantiellement plus élevée et/ou par une température de transition vitreuse (Tv) substantiellement plus basse que celles du polymère à base de norbornène de Formules II, II(a) ou II(b).
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polybutadiène peut être du polybutadiène. Alternativement, le polymère basé sur le polybutadiène peut être du polybutadiène fonctionnalisé ou un polymère dérivé du polybutadiène. Par exemple, en comparaison avec le polybutadiène non fonctionnalisé, le polybutadiène fonctionnalisé ou .. le polymère dérivé du polybutadiène peut être caractérisé par une élasticité ou une flexibilité substantiellement plus élevée, et/ou par une température de transition vitreuse (Tv) substantiellement plus basse et/ou peut améliorer les propriétés mécaniques ou de cohésion du liant d'électrode.
Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polybutadiène est choisi parmi les polybutadiènes époxydés, par exemple, des polybutadiènes époxydés à
groupements terminaux réactifs. Par exemple, les groupements terminaux réactifs peuvent être des groupements hydroxyles. Le polybutadiène époxydé peut comprendre des unités répétitives de Formules III, IV et V:
Formule III Formule IV Formule V
et deux groupes terminaux hydroxyles.
Selon un autre exemple, le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé
comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V peut être compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le poids équivalent d'époxyde du polybutadiène époxydé
comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V est compris entre environ 100 g/mol et environ 600 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses. Le poids équivalent d'époxyde correspond à la masse de résine qui contient 1 mole de groupements fonctionnels époxydes.
Selon une variante d'intérêt, le polybutadiène époxydé est de Formule VI:
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 _ 0 m Formule VI
dans laquelle, m est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé de Formule VI soit compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses; et le poids équivalent d'époxyde est compris entre environ 100 g/mol et environ g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé
comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé
de Formule VI est compris entre environ 1 050 g/mol et environ 1 450 g/mol, ou entre environ 1 100 g/mol et environ 1 400 g/mol, ou entre environ 1 150 g/mol et environ 1 350 g/mol, ou entre environ 1 200 g/mol et environ 1 350 g/mol, ou entre environ 1 250 g/mol et environ 1 350 g/mol bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d'intérêt, le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé de Formule VI
est d'environ 1 300 g/mol.
Selon un autre exemple, le poids équivalent d'époxyde du polybutadiène époxydé
comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé
de Formule VI est compris entre environ 150 g/mol et environ 550 g/mol, ou entre environ 200 g/mol et environ 550 g/mol, ou entre environ 210 g/mol et environ 550 g/mol, ou entre environ 260 g/mol et environ 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d'intérêt, le poids équivalent d'époxyde du polybutadiène époxydé
comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé
de Formule VI est compris entre environ 400 g/mol et environ 500 g/mol, ou entre environ 260 g/mol et environ 330 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Par exemple, le polybutadiène époxydé de Formule VI est une résine de polybutadiène époxydé à groupes terminaux hydroxyles commerciale de type Poly bd Tm 600E ou commercialisées par Cray Valley. Les propriétés physico-chimiques de ces résines sont présentées dans le Tableau 1.
Tableau 1. Propriétés physico-chimiques des résines de type Poly bd 600E ou Propriété Poly bd 600E Poly bd 605E
Valeur d'époxyde (méq/g) 2 - 2,5 3 -4 Poids équivalent d'époxyde (g/mol) 400 -500 260 - 330 Oxirane oxygène (%) 3,4 4,8 - 6,2 Viscosité à 30 C (Pa.$) 7 22 Valeur d'hydroxyle (méq/g) 1,70 1,74 Poids moléculaire (g/mol) 1 300 1 300 Il est entendu que le liant d'électrode comprend un mélange de polymères comprenant un premier polymère et un second polymère. Le premier polymère est le polymère basé sur le polybutadiène et le second polymère est le polymère comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un composé de Formule I ou le polymère de Formule II, II(a) ou II(b).
Selon un autre exemple, le rapport premier polymère : second polymère est compris dans l'intervalle allant d'environ 6:1 à environ 2:3, bornes supérieures et inférieures incluses. Par exemple, le rapport premier polymère : second polymère est compris dans l'intervalle allant d'environ 5,5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 4,5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 4:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 6:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 5,5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 4,5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 4:1 à environ 1:1 bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d'intérêt, le rapport premier polymère : second polymère est compris dans l'intervalle allant d'environ 4:1 à environ 1:1, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le mélange de polymères dudit liant d'électrode peut être solubilisé dans un solvant. Par exemple, le solvant peut être choisi pour sa capacité à
solubiliser le mélange de polymères et à être efficacement mélangé avec celui-ci. Par exemple, le solvant peut être un solvant organique, par exemple, un solvant polaire aprotique. Par exemple, le solvant peut être choisi parmi le groupe constitué
du dichlorométhane (DCM), N,N-diméthylformamide (DM F), du N-méthy1-2-pyrrolidone Date Reçue/Date Received 2021-06-03 (NMP), du dioxolane, du dioxane, du toluène, du benzène, les dérivés de benzène et du tétrahydrofurane (THF), ou d'une de leurs combinaisons miscibles. Selon une variante d'intérêt, le solvant est le THF. Néanmoins, ce solvant est de préférence éliminé de l'électrode dans lequel se retrouve le liant avant son assemblage avec d'autres éléments d'une cellule électrochimique.
La présente technologie concerne également l'utilisation du liant d'électrode tel qu'ici défini ici dans un matériau d'électrode. En effet, un matériau d'électrode comprenant un matériau d'électrode incluant un matériau électrochimiquement actif et un liant d'électrode tel qu'ici défini ici est aussi envisagé.
Selon un exemple, le matériau d'électrode tel qu'ici défini inclut en outre un matériau conducteur électronique. Des exemples non limitatifs de matériau conducteur électronique comprennent une source de carbone telle que le noir de carbone (par exemple, le carbone Ketjenmc et le carbone Super Pmc), le noir d'acétylène (par exemple, le carbone Shawinigan et le noir de carbone Denkamc), le graphite, le graphène, les fibres de carbone (par exemple, les fibres de carbone formées en phase gazeuse (VGCFs)), les nanofibres de carbone, les nanotubes de carbone (NTCs) et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Selon un autre exemple, le matériau conducteur électronique, s'il est présent dans le matériau d'électrode, peut être un matériau conducteur électronique modifié
tels que ceux décrits dans la demande de brevet PCT publiée sous le numéro W02019/218067 (Delaporte et al.). Par exemple, matériau conducteur électronique modifié peut être greffé
avec au moins un groupement aryle de Formule VII :
FGn*
Formule VII
dans laquelle, FG est un groupement fonctionnel hydrophile; et n est un nombre entier naturel compris dans l'intervalle de 1 à 5, de préférence n est compris dans l'intervalle de 1 à 3, de préférence n est 1 ou 2, ou plus préférentiellement n est 1.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Des exemples de groupements fonctionnels hydrophiles incluent les groupements hydroxyle, carboxyle, acide sulfonique, acide phosphonique, amine, amide et autres groupes similaires. Par exemple, le groupement fonctionnel hydrophile est un groupement fonctionnel carboxyle ou acide sulfonique. Des exemples préférentiels de groupement aryle de Formule VII sont l'acide p-benzoïque ou l'acide p-benzènesulfonique.
Selon une variante d'intérêt, le matériau conducteur électronique est du noir de carbone éventuellement greffé avec au moins un groupement aryle de Formule VII. Selon une autre variante d'intérêt, le matériau conducteur électronique peut être un mélange comprenant au moins un matériau conducteur électronique modifié. Par exemple, un mélange de noir de carbone greffé avec au moins un groupement aryle de Formule VII et des fibres de carbone (par exemple, les fibres de carbone formées en phase gazeuse (VGCFs)), des nanofibres de carbone, des nanotubes de carbone (NTCs) ou une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Selon un autre exemple, ledit matériau d'électrode est un matériau d'électrode positive et le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un oxyde de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un phosphate de métal, un fluorophosphate de métal, un oxyfluorophosphate de métal, un sulfate de métal, un halogénure de métal (par exemple, un fluorure de métal), du soufre, du sélénium, et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, le métal du matériau électrochimiquement actif est choisi parmi le titane (Ti), le fer (Fe), le manganèse (Mn), le vanadium (V), le nickel (Ni), le cobalt (Co), l'aluminium (AI), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le zirconium (Zr), le niobium (Nb) et leurs combinaisons, lorsque compatibles. Le matériau électrochimiquement actif peut éventuellement comprendre en outre un métal alcalin ou alcalino-terreux, par exemple, du lithium (Li), du sodium (Na), du potassium (K) ou du magnésium (Mg).
Des exemples non limitatifs de matériaux électrochimiquement actifs incluent des phosphates de lithium et de métal, des oxydes complexes, tels que LiM'PO4 (où
M' est Fe, Ni, Mn, Co, ou une combinaison de ceux-ci), LiV308, V205, LiMn204, LiM"02 (où M"
est Mn, Co, Ni, ou une combinaison de ceux-ci), Li(NiM¨)02 (où M" est Mn, Co, Al, Fe, Cr, Ti, ou Zr, ou une combinaison de ceux-ci) et leurs combinaisons, lorsque compatibles.
Selon une variante d'intérêt, le matériau électrochimiquement actif est un oxyde ou un phosphate tels que ceux décrits ci-dessus.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Par exemple, le matériau électrochimiquement actif est un oxyde de lithium et de manganèse, dans lequel le manganèse peut être partiellement substitué par un second métal de transition, tel qu'un un oxyde de lithium, de nickel, de manganèse et de cobalt (NMC). Selon une alternative, le matériau électrochimiquement actif est le phosphate de fer lithié. Selon une autre alternative, le matériau électrochimiquement actif est un phosphate de métal lithié contenant du manganèse tel que ceux décrits ci-dessus, par exemple, le phosphate de métal lithié contenant du manganèse est un phosphate de fer et de manganèse lithié (LiMn1_xFexPO4, où x est entre 0,2 et 0,5).
Selon un autre exemple, ledit matériau d'électrode est un matériau d'électrode négative et le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un métal non-alcalin et non-alcalino-terreux (par exemple, l'indium (In), le germanium (Ge) et le bismuth (Bi)), un composé intermétallique (par exemple, SnSb, TiSnSb, Cu2Sb, AlSb, FeSb2, FeSn2 et CoSn2), un oxyde de métal, un nitrure de métal, un phosphure de métal, un phosphate de métal (par exemple, LiTi2(PO4)3), un halogénure de métal (par exemple, un fluorure de métal), un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un carbone (par exemple, le graphite, le graphène, l'oxyde de graphène réduit, un carbone dur, un carbone mou, le graphite exfolié et le carbone amorphe), du silicium (Si), un composite silicium-carbone (Si-C), un oxyde de silicium (Si0x), un composite oxyde de silicium-carbone (SiOx-C), de l'étain (Sn), un composite étain-carbone (Sn-C), un oxyde d'étain (SnOx), un composite oxyde d'étain-carbone (SnOx-C), et leurs combinaisons, lorsque compatibles. Par exemple, l'oxyde de métal peut être choisi parmi les composés de formules M"b0, (où M" est Ti, Mo, Mn, Ni, Co, Cu, V, Fe, Zn, Nb, ou une combinaison de ceux-ci; et b et c sont des nombres tels que le ratio c:b se situe dans l'intervalle allant de 2 à 3) (par exemple, Mo03, Mo02, MoS2, V205, et TiNb207), les oxydes spinelles (par exemple, NiCo204, ZnCo204, MnCo204, CuCo204, et CoFe204) et LiM-0 (où M"¨ est Ti, Mo, Mn, Ni, Co, Cu, V, Fe, Zn, Nb, ou une combinaison de ceux-ci) (par exemple, un titanate de lithium (tel que Li4Ti5012) ou un oxide de lithium et de molybdène (tel que Li2Mo4013)).
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut éventuellement être dopé avec d'autres éléments inclus en plus petites quantités, par exemple pour moduler ou optimiser ses propriétés électrochimiques. Le matériau électrochimiquement actif peut être dopé par la substitution partielle du métal par d'autres ions. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être dopé avec un métal de transition (par exemple Ti, V, Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn ou Y) et/ou un métal autre qu'un métal de transition (par exemple, Mg, Al ou Sb).
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être sous forme de particules (par exemple, de microparticules et/ou de nanoparticules) qui peuvent être fraîchement formées ou de source commerciale. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être sous forme de particules enrobées d'une couche de matériau d'enrobage dans une configuration de type noyau-enrobage (core-shell). Le matériau d'enrobage peut être un matériau conducteur électronique, par exemple un enrobage de carbone conducteur. La couche de carbone conducteur peut aussi être éventuellement greffée avec au moins un groupement aryle de Formule VII.
Alternativement, le matériau d'enrobage peut permettre de substantiellement réduire les réactions interfaciales à l'interface entre le matériau électrochimiquement actif et un électrolyte, par exemple, un électrolyte solide, et en particulier, un électrolyte solide de type céramique à base de à base de sulfure (par exemple, à base de Li6PS5CI).
Par exemple, le matériau d'enrobage peut être choisi parmi Li2SiO3, Li4Ti5012, LiTa03, LiA102, Li2O-ZrO2, LiNb03 leurs combinaisons, lorsque compatibles, et d'autres matériaux similaires. Selon une variante d'intérêt, le matériau d'enrobage comprend du LiNb03.
Selon un autre exemple, le matériau d'électrode tel qu'ici défini inclut en outre un additif.
Par exemple, l'additif est choisi parmi les matériaux conducteurs ioniques, les particules inorganiques, les particules de verre ou de vitrocéramique, les particules de céramique, incluant les nano céramiques (telles que A1203, TiO2, 5i02 et d'autres composés similaires), des sels (par exemple, des sels de lithium) et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Par exemple, l'additif peut être un conducteur ionique choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON, argyrodites, grenats ( garnet en anglais), NASICON, perovskites, les oxydes, les sulfures, les halogénures de soufre, les phosphates, les thio-phosphates, de forme cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Selon une variante d'intérêt, l'additif, s'il est présent dans le matériau d'électrode, peut être des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique de forme cristalline et/ou amorphe. Par exemple, les particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique peuvent être à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d'oxysulfure, d'oxyde, ou d'une combinaison de ceux-ci. Des exemples non limitatifs de particules de céramique, de verre Date Reçue/Date Received 2021-06-03 ou de vitrocéramique incluent des composés inorganiques de formules MLZO (par exemple, M7La3Zr2012, M(7_a)La3Zr2A1b012, M(7_a)La3Zr2Gab012, M(7_a)La3Zr(2_b)Tab012, et M(7_ a)l¨a3Zr(2-b)N bb012), MLTa0 (par exemple, M7La3Ta2012, M5La3Ta2012, et M6La3Ta1.5Y0.5012); MLSnO (par exemple, M7La3Sn2012); MAGP (par exemple, Mi,AlaGe2_a(PO4)3); MATP (par exemple, Mi,AlaTi2_a(PO4)3); MLTiO (par exemple, M 3a La (2/3-a)Ti 03); MZP (par exemple, MaZrb(PO4)c); MCZP (par exemple, MaCabZr.(PO4)d);
MGPS (par exemple, MaGebP,Sd tel que M1oGeP2S12); MGPSO (par exemple, MaGebPcSd0e); MSiPS (par exemple, MaSibP,Sd tel que MioSiP2S12); MSiPSO (par exemple, MaSibP,Sd0.); MSnPS (par exemple, MaSnbP,Sd tel que M1oSnP2S12);
MSnPSO
(par exemple, MaSnbP,Sd0.); MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3S11); MPSO
(par exemple, MaPbScOd); MZPS (par exemple, MaZnbP,Sd); MZPSO (par exemple, MaZnbPcSdOe); xM2S-yP2S5; xM2S-yP2S5-zMX; xM2S-yP2S5-zP205; xM2S-yP2S5-zP205-wMX; xM2S-yM20-zP2S5; xM2S-yM20-zP2S5-wMX; xM2S-yM20-zP2S5-wP205; xM2S-yM20-zP2S5-wP205-vMX; xM2S-ySiS2; MPSX (par exemple, MaPbS,Xd tel que M7P3S11X, M7P2S8X, et M6PS5X); MPSOX (par exemple, MaPbScOdX.); MGPSX (MaGebPcSdXe);
MGPSOX (MaGebPcSdOeXf); MSiPSX (MaSibPcSdX.); MSiPSOX (MaSibPcSdOeXf);
MSnPSX (MaSnbPcSdX.); MSnPSOX (MaSnbPcSdOeXf); MZPSX (MaZnbP,SdX.); MZPSOX
(MaZnbPcSdOeXf); M30X; M2HOX; M3PO4; M3PS4; et MaP0bNc (où a = 2b + 3c - 5);
dans lesquelles :
M est un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou une de leurs combinaisons, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison de ceux-ci;
a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
Par exemple, M est choisi parmi Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba ou une combinaison de ceux-ci. Selon une variante d'intérêt, M comprend Li et peut comprendre en outre au moins un parmi Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba ou une combinaison de ceux-ci. Selon une variante d'intérêt, M comprend Na, K, Mg ou une combinaison de ceux-ci.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Par exemple, l'additif, s'il est présent dans le matériau d'électrode, peut être des particules de céramique à base de sulfure, par exemple, des particules de céramique de type argyrodites de formule Li6PS5X (où X est Cl, Br ou l). Selon une variante d'intérêt, l'additif est l'argyrodite Li6PS5CI.
Par exemple, le procédé de préparation du matériau d'électrode tel qu'ici défini inclut en outre l'utilisation d'un solvant, par exemple, un solvant organique. Par exemple, le solvant peut permettre d'obtenir une viscosité optimale pour l'enduction du matériau d'électrode, soit d'environ 10 000 cP, et peut être substantiellement éliminé dans une étape de séchage post-enduction. Par exemple, le solvant peut être le THF ou le méthoxybenzène (ou anisole).
La présente technologie concerne également une électrode comprenant un matériau d'électrode tel qu'ici défini. Selon un exemple, l'électrode peut être sur un collecteur de courant (par exemple, une feuille d'aluminium ou de cuivre). Alternativement, l'électrode peut être autosupportée.
La présente technologie concerne également une cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle au moins l'une de l'électrode négative ou de l'électrode positive est telle que définie ici.
Selon une variante d'intérêt, l'électrode négative est telle que définie ici.
Par exemple, le matériau électrochimiquement de l'électrode négative peut être choisi pour sa compatibilité électrochimique avec les différents éléments de la cellule électrochimique telle qu'ici définie. Par exemple, le matériau électrochimiquement du matériau d'électrode négative peut posséder un potentiel d'oxydo-réduction substantiellement plus bas que celui du matériau électrochimiquement actif de l'électrode positive.
Selon une autre variante d'intérêt, l'électrode positive est telle que définie ici et l'électrode négative inclut un matériau électrochimiquement actif choisi parmi tous les matériaux électrochimiquement actifs compatibles connus. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative peut être choisi pour sa compatibilité
électrochimique avec les différents éléments de la cellule électrochimique telle qu'ici définie. Des exemples non limitatifs de matériaux électrochimiquement actifs de l'électrode négative incluent les métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux, les alliages comprenant au moins un métal alcalin ou alcalino-terreux, les métaux non-alcalin et non-Date Reçue/Date Received 2021-06-03 alcalino-terreux (par exemple, l'indium (In), le germanium (Ge) et le bismuth (Bi)), et les alliages ou composés intermétalliques (par exemple, SnSb, TiSnSb, Cu2Sb, AlSb, FeSb2, FeSn2 et CoSn2). Par exemple, le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative peut être sous forme de film ayant une épaisseur comprise dans l'intervalle allant d'environ 5 pm à environ 500 pm et de préférence dans l'intervalle allant d'environ 10 pm à environ 100 pm, bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d'intérêt, le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative peut comprendre un film de lithium métallique ou d'un alliage incluant ou à base de lithium métallique.
Selon un autre exemple, l'électrode positive peut être prélithiée et l'électrode négative peut être initialement (i.e. avant le cyclage de la cellule électrochimique) substantiellement ou complètement exempte de lithium. L'électrode négative peut être lithiée in situ lors du cyclage de ladite cellule électrochimique, notamment lors de la première charge. Selon un exemple, du lithium métallique peut être déposé in situ sur le collecteur de courant (par exemple, un collecteur de courant en cuivre) lors du cyclage de la cellule électrochimique, notamment lors de la première charge. Selon un autre exemple, un alliage incluant ou à
base de lithium métallique peut être généré à la surface d'un collecteur de courant (par exemple, un collecteur de courant en aluminium) lors du cyclage de la cellule électrochimique, notamment lors de la première charge. Il est entendu que l'électrode négative peut être générée in situ lors du cyclage de la cellule électrochimique, notamment lors de la première charge.
Selon une autre variante d'intérêt, l'électrode positive et l'électrode négative sont toutes deux telles que définies ici.
Selon un autre exemple, l'électrolyte peut être choisi pour sa compatibilité
avec les différents éléments de la cellule électrochimique. Tout type d'électrolyte compatible est envisagé. Selon un exemple, l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant. Selon une alternative, l'électrolyte est un électrolyte en gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant. Selon une autre alternative, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant. Selon une autre alternative, l'électrolyte comprend un matériau d'électrolyte solide inorganique, par exemple, l'électrolyte peut être un électrolyte solide de type céramique. Selon une autre alternative, l'électrolyte est un électrolyte solide hybride polymère-céramique.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03
n OH
Formule II(b) dans laquelle, n est tel que défini précédemment.
Selon un autre exemple, le polymère à base de norbornène de Formules II, II(a) ou II(b) est un homopolymère.
Selon un autre exemple, la polymérisation d'un monomère à base de norbornène de Formule I peut être effectuée par toutes les méthodes de polymérisation compatibles et connues. Selon une variante d'intérêt, la polymérisation d'un composé de Formule I par le procédé de synthèse décrit par Commarieu, B. et al. (Commarieu, Basile, et al.
"Ultrahigh Tg Epoxy Thermosets Based on Insertion Polynorbornenes", Macromolecules, 49.3 (2016): 920-925). Par exemple, la polymérisation d'un composé de Formule I peut également être effectuée par polymérisation par addition.
Par exemple, les polymères à base de norbornène produits par polymérisation par addition sont substantiellement stables dans des conditions sévères (par exemple des conditions acides et basiques). La polymérisation par addition de polymères à
base de norbornène peut être réalisée en utilisant des monomères à base de norbornène bon marché. La température de transition vitreuse (Tv) obtenue avec les polymères à base de norbornène produits par cette voie de polymérisation peut être égale ou supérieure à 300 C, par exemple aussi élevée que 350 C.
Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polybutadiène peut être caractérisé par une élasticité ou une flexibilité substantiellement plus élevée et/ou par une température de transition vitreuse (Tv) substantiellement plus basse que celles du polymère à base de norbornène de Formules II, II(a) ou II(b).
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polybutadiène peut être du polybutadiène. Alternativement, le polymère basé sur le polybutadiène peut être du polybutadiène fonctionnalisé ou un polymère dérivé du polybutadiène. Par exemple, en comparaison avec le polybutadiène non fonctionnalisé, le polybutadiène fonctionnalisé ou .. le polymère dérivé du polybutadiène peut être caractérisé par une élasticité ou une flexibilité substantiellement plus élevée, et/ou par une température de transition vitreuse (Tv) substantiellement plus basse et/ou peut améliorer les propriétés mécaniques ou de cohésion du liant d'électrode.
Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polybutadiène est choisi parmi les polybutadiènes époxydés, par exemple, des polybutadiènes époxydés à
groupements terminaux réactifs. Par exemple, les groupements terminaux réactifs peuvent être des groupements hydroxyles. Le polybutadiène époxydé peut comprendre des unités répétitives de Formules III, IV et V:
Formule III Formule IV Formule V
et deux groupes terminaux hydroxyles.
Selon un autre exemple, le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé
comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V peut être compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le poids équivalent d'époxyde du polybutadiène époxydé
comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V est compris entre environ 100 g/mol et environ 600 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses. Le poids équivalent d'époxyde correspond à la masse de résine qui contient 1 mole de groupements fonctionnels époxydes.
Selon une variante d'intérêt, le polybutadiène époxydé est de Formule VI:
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 _ 0 m Formule VI
dans laquelle, m est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé de Formule VI soit compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses; et le poids équivalent d'époxyde est compris entre environ 100 g/mol et environ g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé
comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé
de Formule VI est compris entre environ 1 050 g/mol et environ 1 450 g/mol, ou entre environ 1 100 g/mol et environ 1 400 g/mol, ou entre environ 1 150 g/mol et environ 1 350 g/mol, ou entre environ 1 200 g/mol et environ 1 350 g/mol, ou entre environ 1 250 g/mol et environ 1 350 g/mol bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d'intérêt, le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé de Formule VI
est d'environ 1 300 g/mol.
Selon un autre exemple, le poids équivalent d'époxyde du polybutadiène époxydé
comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé
de Formule VI est compris entre environ 150 g/mol et environ 550 g/mol, ou entre environ 200 g/mol et environ 550 g/mol, ou entre environ 210 g/mol et environ 550 g/mol, ou entre environ 260 g/mol et environ 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d'intérêt, le poids équivalent d'époxyde du polybutadiène époxydé
comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé
de Formule VI est compris entre environ 400 g/mol et environ 500 g/mol, ou entre environ 260 g/mol et environ 330 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Par exemple, le polybutadiène époxydé de Formule VI est une résine de polybutadiène époxydé à groupes terminaux hydroxyles commerciale de type Poly bd Tm 600E ou commercialisées par Cray Valley. Les propriétés physico-chimiques de ces résines sont présentées dans le Tableau 1.
Tableau 1. Propriétés physico-chimiques des résines de type Poly bd 600E ou Propriété Poly bd 600E Poly bd 605E
Valeur d'époxyde (méq/g) 2 - 2,5 3 -4 Poids équivalent d'époxyde (g/mol) 400 -500 260 - 330 Oxirane oxygène (%) 3,4 4,8 - 6,2 Viscosité à 30 C (Pa.$) 7 22 Valeur d'hydroxyle (méq/g) 1,70 1,74 Poids moléculaire (g/mol) 1 300 1 300 Il est entendu que le liant d'électrode comprend un mélange de polymères comprenant un premier polymère et un second polymère. Le premier polymère est le polymère basé sur le polybutadiène et le second polymère est le polymère comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un composé de Formule I ou le polymère de Formule II, II(a) ou II(b).
Selon un autre exemple, le rapport premier polymère : second polymère est compris dans l'intervalle allant d'environ 6:1 à environ 2:3, bornes supérieures et inférieures incluses. Par exemple, le rapport premier polymère : second polymère est compris dans l'intervalle allant d'environ 5,5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 4,5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 4:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 6:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 5,5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 4,5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 4:1 à environ 1:1 bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d'intérêt, le rapport premier polymère : second polymère est compris dans l'intervalle allant d'environ 4:1 à environ 1:1, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le mélange de polymères dudit liant d'électrode peut être solubilisé dans un solvant. Par exemple, le solvant peut être choisi pour sa capacité à
solubiliser le mélange de polymères et à être efficacement mélangé avec celui-ci. Par exemple, le solvant peut être un solvant organique, par exemple, un solvant polaire aprotique. Par exemple, le solvant peut être choisi parmi le groupe constitué
du dichlorométhane (DCM), N,N-diméthylformamide (DM F), du N-méthy1-2-pyrrolidone Date Reçue/Date Received 2021-06-03 (NMP), du dioxolane, du dioxane, du toluène, du benzène, les dérivés de benzène et du tétrahydrofurane (THF), ou d'une de leurs combinaisons miscibles. Selon une variante d'intérêt, le solvant est le THF. Néanmoins, ce solvant est de préférence éliminé de l'électrode dans lequel se retrouve le liant avant son assemblage avec d'autres éléments d'une cellule électrochimique.
La présente technologie concerne également l'utilisation du liant d'électrode tel qu'ici défini ici dans un matériau d'électrode. En effet, un matériau d'électrode comprenant un matériau d'électrode incluant un matériau électrochimiquement actif et un liant d'électrode tel qu'ici défini ici est aussi envisagé.
Selon un exemple, le matériau d'électrode tel qu'ici défini inclut en outre un matériau conducteur électronique. Des exemples non limitatifs de matériau conducteur électronique comprennent une source de carbone telle que le noir de carbone (par exemple, le carbone Ketjenmc et le carbone Super Pmc), le noir d'acétylène (par exemple, le carbone Shawinigan et le noir de carbone Denkamc), le graphite, le graphène, les fibres de carbone (par exemple, les fibres de carbone formées en phase gazeuse (VGCFs)), les nanofibres de carbone, les nanotubes de carbone (NTCs) et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Selon un autre exemple, le matériau conducteur électronique, s'il est présent dans le matériau d'électrode, peut être un matériau conducteur électronique modifié
tels que ceux décrits dans la demande de brevet PCT publiée sous le numéro W02019/218067 (Delaporte et al.). Par exemple, matériau conducteur électronique modifié peut être greffé
avec au moins un groupement aryle de Formule VII :
FGn*
Formule VII
dans laquelle, FG est un groupement fonctionnel hydrophile; et n est un nombre entier naturel compris dans l'intervalle de 1 à 5, de préférence n est compris dans l'intervalle de 1 à 3, de préférence n est 1 ou 2, ou plus préférentiellement n est 1.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Des exemples de groupements fonctionnels hydrophiles incluent les groupements hydroxyle, carboxyle, acide sulfonique, acide phosphonique, amine, amide et autres groupes similaires. Par exemple, le groupement fonctionnel hydrophile est un groupement fonctionnel carboxyle ou acide sulfonique. Des exemples préférentiels de groupement aryle de Formule VII sont l'acide p-benzoïque ou l'acide p-benzènesulfonique.
Selon une variante d'intérêt, le matériau conducteur électronique est du noir de carbone éventuellement greffé avec au moins un groupement aryle de Formule VII. Selon une autre variante d'intérêt, le matériau conducteur électronique peut être un mélange comprenant au moins un matériau conducteur électronique modifié. Par exemple, un mélange de noir de carbone greffé avec au moins un groupement aryle de Formule VII et des fibres de carbone (par exemple, les fibres de carbone formées en phase gazeuse (VGCFs)), des nanofibres de carbone, des nanotubes de carbone (NTCs) ou une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Selon un autre exemple, ledit matériau d'électrode est un matériau d'électrode positive et le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un oxyde de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un phosphate de métal, un fluorophosphate de métal, un oxyfluorophosphate de métal, un sulfate de métal, un halogénure de métal (par exemple, un fluorure de métal), du soufre, du sélénium, et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, le métal du matériau électrochimiquement actif est choisi parmi le titane (Ti), le fer (Fe), le manganèse (Mn), le vanadium (V), le nickel (Ni), le cobalt (Co), l'aluminium (AI), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le zirconium (Zr), le niobium (Nb) et leurs combinaisons, lorsque compatibles. Le matériau électrochimiquement actif peut éventuellement comprendre en outre un métal alcalin ou alcalino-terreux, par exemple, du lithium (Li), du sodium (Na), du potassium (K) ou du magnésium (Mg).
Des exemples non limitatifs de matériaux électrochimiquement actifs incluent des phosphates de lithium et de métal, des oxydes complexes, tels que LiM'PO4 (où
M' est Fe, Ni, Mn, Co, ou une combinaison de ceux-ci), LiV308, V205, LiMn204, LiM"02 (où M"
est Mn, Co, Ni, ou une combinaison de ceux-ci), Li(NiM¨)02 (où M" est Mn, Co, Al, Fe, Cr, Ti, ou Zr, ou une combinaison de ceux-ci) et leurs combinaisons, lorsque compatibles.
Selon une variante d'intérêt, le matériau électrochimiquement actif est un oxyde ou un phosphate tels que ceux décrits ci-dessus.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Par exemple, le matériau électrochimiquement actif est un oxyde de lithium et de manganèse, dans lequel le manganèse peut être partiellement substitué par un second métal de transition, tel qu'un un oxyde de lithium, de nickel, de manganèse et de cobalt (NMC). Selon une alternative, le matériau électrochimiquement actif est le phosphate de fer lithié. Selon une autre alternative, le matériau électrochimiquement actif est un phosphate de métal lithié contenant du manganèse tel que ceux décrits ci-dessus, par exemple, le phosphate de métal lithié contenant du manganèse est un phosphate de fer et de manganèse lithié (LiMn1_xFexPO4, où x est entre 0,2 et 0,5).
Selon un autre exemple, ledit matériau d'électrode est un matériau d'électrode négative et le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un métal non-alcalin et non-alcalino-terreux (par exemple, l'indium (In), le germanium (Ge) et le bismuth (Bi)), un composé intermétallique (par exemple, SnSb, TiSnSb, Cu2Sb, AlSb, FeSb2, FeSn2 et CoSn2), un oxyde de métal, un nitrure de métal, un phosphure de métal, un phosphate de métal (par exemple, LiTi2(PO4)3), un halogénure de métal (par exemple, un fluorure de métal), un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un carbone (par exemple, le graphite, le graphène, l'oxyde de graphène réduit, un carbone dur, un carbone mou, le graphite exfolié et le carbone amorphe), du silicium (Si), un composite silicium-carbone (Si-C), un oxyde de silicium (Si0x), un composite oxyde de silicium-carbone (SiOx-C), de l'étain (Sn), un composite étain-carbone (Sn-C), un oxyde d'étain (SnOx), un composite oxyde d'étain-carbone (SnOx-C), et leurs combinaisons, lorsque compatibles. Par exemple, l'oxyde de métal peut être choisi parmi les composés de formules M"b0, (où M" est Ti, Mo, Mn, Ni, Co, Cu, V, Fe, Zn, Nb, ou une combinaison de ceux-ci; et b et c sont des nombres tels que le ratio c:b se situe dans l'intervalle allant de 2 à 3) (par exemple, Mo03, Mo02, MoS2, V205, et TiNb207), les oxydes spinelles (par exemple, NiCo204, ZnCo204, MnCo204, CuCo204, et CoFe204) et LiM-0 (où M"¨ est Ti, Mo, Mn, Ni, Co, Cu, V, Fe, Zn, Nb, ou une combinaison de ceux-ci) (par exemple, un titanate de lithium (tel que Li4Ti5012) ou un oxide de lithium et de molybdène (tel que Li2Mo4013)).
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut éventuellement être dopé avec d'autres éléments inclus en plus petites quantités, par exemple pour moduler ou optimiser ses propriétés électrochimiques. Le matériau électrochimiquement actif peut être dopé par la substitution partielle du métal par d'autres ions. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être dopé avec un métal de transition (par exemple Ti, V, Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn ou Y) et/ou un métal autre qu'un métal de transition (par exemple, Mg, Al ou Sb).
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être sous forme de particules (par exemple, de microparticules et/ou de nanoparticules) qui peuvent être fraîchement formées ou de source commerciale. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être sous forme de particules enrobées d'une couche de matériau d'enrobage dans une configuration de type noyau-enrobage (core-shell). Le matériau d'enrobage peut être un matériau conducteur électronique, par exemple un enrobage de carbone conducteur. La couche de carbone conducteur peut aussi être éventuellement greffée avec au moins un groupement aryle de Formule VII.
Alternativement, le matériau d'enrobage peut permettre de substantiellement réduire les réactions interfaciales à l'interface entre le matériau électrochimiquement actif et un électrolyte, par exemple, un électrolyte solide, et en particulier, un électrolyte solide de type céramique à base de à base de sulfure (par exemple, à base de Li6PS5CI).
Par exemple, le matériau d'enrobage peut être choisi parmi Li2SiO3, Li4Ti5012, LiTa03, LiA102, Li2O-ZrO2, LiNb03 leurs combinaisons, lorsque compatibles, et d'autres matériaux similaires. Selon une variante d'intérêt, le matériau d'enrobage comprend du LiNb03.
Selon un autre exemple, le matériau d'électrode tel qu'ici défini inclut en outre un additif.
Par exemple, l'additif est choisi parmi les matériaux conducteurs ioniques, les particules inorganiques, les particules de verre ou de vitrocéramique, les particules de céramique, incluant les nano céramiques (telles que A1203, TiO2, 5i02 et d'autres composés similaires), des sels (par exemple, des sels de lithium) et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Par exemple, l'additif peut être un conducteur ionique choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON, argyrodites, grenats ( garnet en anglais), NASICON, perovskites, les oxydes, les sulfures, les halogénures de soufre, les phosphates, les thio-phosphates, de forme cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Selon une variante d'intérêt, l'additif, s'il est présent dans le matériau d'électrode, peut être des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique de forme cristalline et/ou amorphe. Par exemple, les particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique peuvent être à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d'oxysulfure, d'oxyde, ou d'une combinaison de ceux-ci. Des exemples non limitatifs de particules de céramique, de verre Date Reçue/Date Received 2021-06-03 ou de vitrocéramique incluent des composés inorganiques de formules MLZO (par exemple, M7La3Zr2012, M(7_a)La3Zr2A1b012, M(7_a)La3Zr2Gab012, M(7_a)La3Zr(2_b)Tab012, et M(7_ a)l¨a3Zr(2-b)N bb012), MLTa0 (par exemple, M7La3Ta2012, M5La3Ta2012, et M6La3Ta1.5Y0.5012); MLSnO (par exemple, M7La3Sn2012); MAGP (par exemple, Mi,AlaGe2_a(PO4)3); MATP (par exemple, Mi,AlaTi2_a(PO4)3); MLTiO (par exemple, M 3a La (2/3-a)Ti 03); MZP (par exemple, MaZrb(PO4)c); MCZP (par exemple, MaCabZr.(PO4)d);
MGPS (par exemple, MaGebP,Sd tel que M1oGeP2S12); MGPSO (par exemple, MaGebPcSd0e); MSiPS (par exemple, MaSibP,Sd tel que MioSiP2S12); MSiPSO (par exemple, MaSibP,Sd0.); MSnPS (par exemple, MaSnbP,Sd tel que M1oSnP2S12);
MSnPSO
(par exemple, MaSnbP,Sd0.); MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3S11); MPSO
(par exemple, MaPbScOd); MZPS (par exemple, MaZnbP,Sd); MZPSO (par exemple, MaZnbPcSdOe); xM2S-yP2S5; xM2S-yP2S5-zMX; xM2S-yP2S5-zP205; xM2S-yP2S5-zP205-wMX; xM2S-yM20-zP2S5; xM2S-yM20-zP2S5-wMX; xM2S-yM20-zP2S5-wP205; xM2S-yM20-zP2S5-wP205-vMX; xM2S-ySiS2; MPSX (par exemple, MaPbS,Xd tel que M7P3S11X, M7P2S8X, et M6PS5X); MPSOX (par exemple, MaPbScOdX.); MGPSX (MaGebPcSdXe);
MGPSOX (MaGebPcSdOeXf); MSiPSX (MaSibPcSdX.); MSiPSOX (MaSibPcSdOeXf);
MSnPSX (MaSnbPcSdX.); MSnPSOX (MaSnbPcSdOeXf); MZPSX (MaZnbP,SdX.); MZPSOX
(MaZnbPcSdOeXf); M30X; M2HOX; M3PO4; M3PS4; et MaP0bNc (où a = 2b + 3c - 5);
dans lesquelles :
M est un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou une de leurs combinaisons, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison de ceux-ci;
a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
Par exemple, M est choisi parmi Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba ou une combinaison de ceux-ci. Selon une variante d'intérêt, M comprend Li et peut comprendre en outre au moins un parmi Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba ou une combinaison de ceux-ci. Selon une variante d'intérêt, M comprend Na, K, Mg ou une combinaison de ceux-ci.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03 Par exemple, l'additif, s'il est présent dans le matériau d'électrode, peut être des particules de céramique à base de sulfure, par exemple, des particules de céramique de type argyrodites de formule Li6PS5X (où X est Cl, Br ou l). Selon une variante d'intérêt, l'additif est l'argyrodite Li6PS5CI.
Par exemple, le procédé de préparation du matériau d'électrode tel qu'ici défini inclut en outre l'utilisation d'un solvant, par exemple, un solvant organique. Par exemple, le solvant peut permettre d'obtenir une viscosité optimale pour l'enduction du matériau d'électrode, soit d'environ 10 000 cP, et peut être substantiellement éliminé dans une étape de séchage post-enduction. Par exemple, le solvant peut être le THF ou le méthoxybenzène (ou anisole).
La présente technologie concerne également une électrode comprenant un matériau d'électrode tel qu'ici défini. Selon un exemple, l'électrode peut être sur un collecteur de courant (par exemple, une feuille d'aluminium ou de cuivre). Alternativement, l'électrode peut être autosupportée.
La présente technologie concerne également une cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle au moins l'une de l'électrode négative ou de l'électrode positive est telle que définie ici.
Selon une variante d'intérêt, l'électrode négative est telle que définie ici.
Par exemple, le matériau électrochimiquement de l'électrode négative peut être choisi pour sa compatibilité électrochimique avec les différents éléments de la cellule électrochimique telle qu'ici définie. Par exemple, le matériau électrochimiquement du matériau d'électrode négative peut posséder un potentiel d'oxydo-réduction substantiellement plus bas que celui du matériau électrochimiquement actif de l'électrode positive.
Selon une autre variante d'intérêt, l'électrode positive est telle que définie ici et l'électrode négative inclut un matériau électrochimiquement actif choisi parmi tous les matériaux électrochimiquement actifs compatibles connus. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative peut être choisi pour sa compatibilité
électrochimique avec les différents éléments de la cellule électrochimique telle qu'ici définie. Des exemples non limitatifs de matériaux électrochimiquement actifs de l'électrode négative incluent les métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux, les alliages comprenant au moins un métal alcalin ou alcalino-terreux, les métaux non-alcalin et non-Date Reçue/Date Received 2021-06-03 alcalino-terreux (par exemple, l'indium (In), le germanium (Ge) et le bismuth (Bi)), et les alliages ou composés intermétalliques (par exemple, SnSb, TiSnSb, Cu2Sb, AlSb, FeSb2, FeSn2 et CoSn2). Par exemple, le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative peut être sous forme de film ayant une épaisseur comprise dans l'intervalle allant d'environ 5 pm à environ 500 pm et de préférence dans l'intervalle allant d'environ 10 pm à environ 100 pm, bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d'intérêt, le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative peut comprendre un film de lithium métallique ou d'un alliage incluant ou à base de lithium métallique.
Selon un autre exemple, l'électrode positive peut être prélithiée et l'électrode négative peut être initialement (i.e. avant le cyclage de la cellule électrochimique) substantiellement ou complètement exempte de lithium. L'électrode négative peut être lithiée in situ lors du cyclage de ladite cellule électrochimique, notamment lors de la première charge. Selon un exemple, du lithium métallique peut être déposé in situ sur le collecteur de courant (par exemple, un collecteur de courant en cuivre) lors du cyclage de la cellule électrochimique, notamment lors de la première charge. Selon un autre exemple, un alliage incluant ou à
base de lithium métallique peut être généré à la surface d'un collecteur de courant (par exemple, un collecteur de courant en aluminium) lors du cyclage de la cellule électrochimique, notamment lors de la première charge. Il est entendu que l'électrode négative peut être générée in situ lors du cyclage de la cellule électrochimique, notamment lors de la première charge.
Selon une autre variante d'intérêt, l'électrode positive et l'électrode négative sont toutes deux telles que définies ici.
Selon un autre exemple, l'électrolyte peut être choisi pour sa compatibilité
avec les différents éléments de la cellule électrochimique. Tout type d'électrolyte compatible est envisagé. Selon un exemple, l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant. Selon une alternative, l'électrolyte est un électrolyte en gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant. Selon une autre alternative, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant. Selon une autre alternative, l'électrolyte comprend un matériau d'électrolyte solide inorganique, par exemple, l'électrolyte peut être un électrolyte solide de type céramique. Selon une autre alternative, l'électrolyte est un électrolyte solide hybride polymère-céramique.
Date Reçue/Date Received 2021-06-03
Claims (79)
1. Une composition de liant comprenant un mélange d'un polymère basé sur le polybutadiène et d'un polymère comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un composé de Formule I :
dans laquelle, R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d'hydrogène, un groupement carboxyle (-COOH), un groupement acide sulfonique (-SO3H), un groupement hydroxyle (-OH), un atome de fluor et un atome de chlore.
dans laquelle, R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d'hydrogène, un groupement carboxyle (-COOH), un groupement acide sulfonique (-SO3H), un groupement hydroxyle (-OH), un atome de fluor et un atome de chlore.
2. Composition de liant selon la revendication 1, dans laquelle le polymère est un polymère de Formule II :
dans laquelle, R1 et R2 sont tels que définis à la revendication 1, et n est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polymère de Formule II soit compris entre environ 10 000 g/mol et environ 100 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
dans laquelle, R1 et R2 sont tels que définis à la revendication 1, et n est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polymère de Formule II soit compris entre environ 10 000 g/mol et environ 100 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
3. Composition de liant selon la revendication 2, dans laquelle le poids moléculaire moyen du polymère de Formule II est compris entre environ 12 000 g/mol et environ 85 000 g/mol, ou entre environ 15 000 g/mol et environ 75 000 g/mol, ou entre environ 20 000 g/mol et environ 65 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 55 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 50 000 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
4. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d'hydrogène et un groupement -COOH.
5. Composition de liant selon la revendication 4, dans laquelle R1 est un groupement -COOH et R2 est un atome d'hydrogène.
6. Composition de liant selon la revendication 4, dans laquelle R1 et R2 sont tous deux des groupements -COOH.
7. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le polymère basé sur le polybutadiène est du polybutadiène.
8. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le polymère basé sur le polybutadiène est choisi parmi les polybutadiènes époxydés.
9. Composition de liant selon la revendication 8, dans laquelle le polybutadiène époxydé comprend des unités répétitives de Formules III, IV et V :
et deux groupes terminaux hydroxyles.
et deux groupes terminaux hydroxyles.
10. Composition de liant selon la revendication 9, dans laquelle le polybutadiène époxydé est de Formule VI :
dans laquelle, m est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé de Formule Vl soit compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses; et le poids équivalent d'époxyde est compris entre environ 100 g/mol et environ g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
dans laquelle, m est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé de Formule Vl soit compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses; et le poids équivalent d'époxyde est compris entre environ 100 g/mol et environ g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
11. Composition de liant selon la revendication 10, dans laquelle le poids moléculaire moyen du polybutadiène époxydé de Formule Vl est d'environ 1 300 g/mol.
12. Composition de liant selon la revendication 10 ou 11, dans laquelle le poids équivalent d'époxyde est compris entre environ 210 g/mol et environ 550 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
13. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans laquelle le polybutadiène époxydé de Formule Vl est une résine Poly bdTM 600E
ayant un poids moléculaire moyen d'environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 400 g/mol et environ 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
ayant un poids moléculaire moyen d'environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 400 g/mol et environ 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
14. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans laquelle le polybutadiène époxydé de Formule Vl est une résine Poly bdTM 605E
ayant un poids moléculaire moyen d'environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 260 g/mol et environ 330 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
ayant un poids moléculaire moyen d'environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 260 g/mol et environ 330 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
15. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans laquelle le rapport pondéral polymère basé sur le polybutadiène : polymère comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation du composé de Formule I est compris dans l'intervalle allant d'environ 6:1 à environ 2:3, bornes supérieures et inférieures incluses.
16. Composition de liant selon la revendication 15, dans laquelle le rapport pondéral est compris dans l'intervalle allant d'environ 5,5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 4,5:1 à environ 2:3, ou allant d'environ 4:1 à
environ 2:3, ou allant d'environ 6:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 5,5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 4,5:1 à
environ 1:1, ou allant d'environ 4:1 à environ 1:1 bornes supérieures et inférieures incluses.
environ 2:3, ou allant d'environ 6:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 5,5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 5:1 à environ 1:1, ou allant d'environ 4,5:1 à
environ 1:1, ou allant d'environ 4:1 à environ 1:1 bornes supérieures et inférieures incluses.
17. Composition de liant selon la revendication 16, dans laquelle le rapport pondéral est compris dans l'intervalle allant d'environ 4:1 à environ 1:1 bornes supérieures et inférieures incluses.
18. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, comprenant en outre un solvant.
19. Composition de liant selon la revendication 18, dans laquelle le solvant est un solvant aprotique.
20. Composition de liant selon la revendication 19, dans laquelle le solvant aprotique est choisi parmi le groupe constitué du dichlorométhane (DCM), N,N-diméthylformamide (DMF), du N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), du dioxolane, du dioxane, du toluène, du benzène, les dérivés de benzène et du tétrahydrofurane (THF), ou d'une de leurs combinaisons miscibles.
21. Composition de liant selon la revendication 19 ou 20, dans laquelle le solvant polaire aprotique est le tétrahydrofurane (THF), ou un mélange de THF et d'anisole.
22. Un liant comprenant une composition de liant telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 21.
23. Liant selon la revendication 22, lequel est utilisé dans un matériau d'électrode.
24. Un matériau d'électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif et une composition de liant telle que définie aux revendications 1 à 21 ou un liant tel que défini à la revendication 22.
25. Matériau d'électrode selon la revendication 24, dans lequel le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un oxyde de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un phosphate de métal, un fluorophosphate de métal, un oxyfluorophosphate de métal, un sulfate de métal, un halogénure de métal, un fluorure de métal, du soufre, du sélénium et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
26. Matériau d'électrode selon la revendication 25, dans lequel le métal du matériau électrochimiquement actif est choisi parmi le titane (Ti), le fer (Fe), le manganèse (Mn), le vanadium (V), le nickel (Ni), le cobalt (Co), l'aluminium (Al), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le zirconium (Zr), le niobium (Nb) et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
27. Matériau d'électrode selon la revendication 25, dans le matériau électrochimiquement actif comprend en outre un métal alcalin ou alcalino-terreux choisi parmi le lithium (Li), le sodium (Na), le potassium (K) et le magnésium (Mg).
28. Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 25 à 27, dans lequel le matériau électrochimiquement actif est un oxyde de métal et de lithium.
29. Matériau d'électrode selon la revendication 28, dans lequel l'oxyde de métal et de lithium est un oxyde mixte de lithium, de nickel, de manganèse et de cobalt (NCM).
30. Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 25 à 27, dans lequel le matériau électrochimiquement actif est un phosphate de métal lithié.
31. Matériau d'électrode selon la revendication 30, dans lequel le phosphate de métal lithié est le phosphate de fer lithié.
32. Matériau d'électrode selon la revendication 24, dans lequel le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un métal non-alcalin ou non-alcalino-terreux, un composé intermétallique, un oxyde de métal, un nitrure de métal, un phosphure de métal, un phosphate de métal, un halogénure de métal, un fluorure de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un carbone, du silicium (Si), un composite silicium-carbone (Si-C), un oxyde de silicium (Sec), un composite oxyde de silicium-carbone (SiOx-C), de l'étain (Sn), un composite étain-carbone (Sn-C), un oxyde d'étain (SnOx), un composite oxyde d'étain-carbone (SnOx-C), et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
33. Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 24 à 32, dans lequel le matériau électrochimiquement actif comprend en outre un élément dopant.
34. Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 24 à 33, dans lequel le matériau électrochimiquement actif est sous forme de particules.
35. Matériau d'électrode selon la revendication 34, dans lequel les particules de matériau électrochimiquement comprennent en outre un matériau d'enrobage.
36. Matériau d'électrode selon la revendication 35, dans lequel le matériau d'enrobage est choisi parmi Li2SiO3, Li4Ti5012, LiTa03, LiAl02, Li20-Zr02, LiNb03, d'autres matériaux similaires et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
37. Matériau d'électrode selon la revendication 36, dans lequel le matériau d'enrobage est le LiNb03.
38. Matériau d'électrode selon la revendication 35, dans lequel le matériau d'enrobage est un matériau conducteur électronique.
39. Matériau d'électrode selon la revendication 38, dans lequel le matériau conducteur électronique de l'enrobage est du carbone.
40. Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 24 à 39, lequel comprend en outre un matériau conducteur électronique.
41. Matériau d'électrode selon la revendication 40, dans lequel le matériau conducteur électronique est choisi parmi le groupe constitué du noir de carbone, du noir d'acétylène, du graphite, du graphène, des fibres de carbone, des nanofibres de carbone, des nanotubes de carbones, et d'une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
42. Matériau d'électrode selon la revendication 40 ou 41, dans lequel le matériau conducteur électronique est du noir de carbone.
43. Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 40 à 42, dans lequel la surface dudit matériau conducteur électronique est greffée avec au moins un groupement aryle de Formule VII :
dans laquelle, FG est un groupement fonctionnel hydrophile; et n est un nombre entier naturel compris dans l'intervalle de 1 à 5, de préférence n est compris dans l'intervalle de 1 à 3, de préférence n est 1 ou 2, ou plus préférentiellement n est 1.
dans laquelle, FG est un groupement fonctionnel hydrophile; et n est un nombre entier naturel compris dans l'intervalle de 1 à 5, de préférence n est compris dans l'intervalle de 1 à 3, de préférence n est 1 ou 2, ou plus préférentiellement n est 1.
44. Matériau d'électrode selon la revendication 43, dans lequel le groupe fonctionnel hydrophile est un groupe fonctionnel acide carboxylique ou acide sulfonique.
45. Matériau d'électrode selon la revendication 44, dans lequel le groupement aryle de Formule VII est l'acide p-benzoïque ou l'acide p-benzènesulfonique.
46. Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 24 à 45, lequel comprend en outre un additif.
47. Matériau d'électrode selon la revendication 46, dans lequel l'additif est choisi parmi les matériaux conducteurs ioniques, les particules inorganiques, les particules de verre ou de vitrocéramique, les particules de céramique, les nano céramiques, des sels et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
48. Matériau d'électrode selon la revendication 46 ou 47, dans lequel l'additif comprend des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d'oxysulfure ou d'oxyde.
49. Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 46 à 48, dans lequel l'additif est choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON, argyrodites, grenats, NASICON, perovskites, les oxydes, les sulfures, les oxysulfures, les phosphures, les fluorures, de forme cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
50.
Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 46 à 49, dans lequel l'additif est choisi parmi les composés inorganiques de formules :
- MLZO (par exemple, M7La3Zr2012, M(7-.)La3ZrzAlb012, M(7_a)La3Zr2Gab012, M(7-a)La3Zr(2-b)Tab012, et M(7_a)La3Zr(2-b)Nbb012);
- MLTa0 (par exemple, M7La3Ta2012, M5La3Ta2012, et M6La3Tat5Yo.5012);
- MLSnO (par exemple, M7La3Sn2012);
- MAGP (par exemple, Mi+aAlaGe2-a(PO4)3);
- MATP (par exemple, Mi+aAlaTi2-a(PO4)3,);
- MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3-a)TiO3);
- MZP (par exemple, MaZrb(PO4)c);
- MCZP (par exemple, MaCabZr.(PO4)d);
- MGPS (par exemple, MaGebPcSd tel que MioGeP2S12);
- MGPSO (par exemple, MaGebPcSd0e);
- MSiPS (par exemple, MaSibP,Sd tel que MioSiP2Si2);
- MSiPSO (par exemple, MaSibP.Sd0e);
- MSnPS (par exemple, MaSnbPcSd tel que MioSnP2Si2);
- MSnPSO (par exemple, MaSnbPcSd0e);
- MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3Sii);
- MPSO (par exemple, MaPbScOd);
- MZPS (par exemple, MaZnbPcSd);
- MZPSO (par exemple, MaZnbP.Sd0e);
- xM2S-yP2Ss;
- xM2S-yP2Ss-zMX;
- xM2S-yP2Ss-zP20s;
- xM2S-yP2Ss-zP20s-wMX;
- xM2S-yM20-zP2Ss;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wMX;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wP20s;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wP20s-vMX;
- xM2S-y5i52;
- MPSX (par exemple, MaPbS,Xd tel que M7P3511X, M7P258X, et M6PS5X);
- MPSOX (par exemple, MaPbScOdXe);
- MGPSX (MaGebP.SdXe);
- MGPSOX (MaGebP,SdOeXf);
- MSiPSX (MaSibPcSdXe);
- MSiPSOX (MaSibPcSdOeXf);
- MSnPSX (MaSnbP.SdXe);
- MSnPSOX (MaSnbP,SdOeXf);
- MZPSX (MaZnbP.SdXe);
- MZPSOX (MaZnbP,SdOeXf);
- M3OX;
- M2HOX;
- M3PO4;
- M3P54; et - MaP0bN, (où a = 2b + 3c - 5);
dans lesquelles :
M est un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou une de leurs combinaisons, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison de ceux-ci;
a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 46 à 49, dans lequel l'additif est choisi parmi les composés inorganiques de formules :
- MLZO (par exemple, M7La3Zr2012, M(7-.)La3ZrzAlb012, M(7_a)La3Zr2Gab012, M(7-a)La3Zr(2-b)Tab012, et M(7_a)La3Zr(2-b)Nbb012);
- MLTa0 (par exemple, M7La3Ta2012, M5La3Ta2012, et M6La3Tat5Yo.5012);
- MLSnO (par exemple, M7La3Sn2012);
- MAGP (par exemple, Mi+aAlaGe2-a(PO4)3);
- MATP (par exemple, Mi+aAlaTi2-a(PO4)3,);
- MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3-a)TiO3);
- MZP (par exemple, MaZrb(PO4)c);
- MCZP (par exemple, MaCabZr.(PO4)d);
- MGPS (par exemple, MaGebPcSd tel que MioGeP2S12);
- MGPSO (par exemple, MaGebPcSd0e);
- MSiPS (par exemple, MaSibP,Sd tel que MioSiP2Si2);
- MSiPSO (par exemple, MaSibP.Sd0e);
- MSnPS (par exemple, MaSnbPcSd tel que MioSnP2Si2);
- MSnPSO (par exemple, MaSnbPcSd0e);
- MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3Sii);
- MPSO (par exemple, MaPbScOd);
- MZPS (par exemple, MaZnbPcSd);
- MZPSO (par exemple, MaZnbP.Sd0e);
- xM2S-yP2Ss;
- xM2S-yP2Ss-zMX;
- xM2S-yP2Ss-zP20s;
- xM2S-yP2Ss-zP20s-wMX;
- xM2S-yM20-zP2Ss;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wMX;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wP20s;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wP20s-vMX;
- xM2S-y5i52;
- MPSX (par exemple, MaPbS,Xd tel que M7P3511X, M7P258X, et M6PS5X);
- MPSOX (par exemple, MaPbScOdXe);
- MGPSX (MaGebP.SdXe);
- MGPSOX (MaGebP,SdOeXf);
- MSiPSX (MaSibPcSdXe);
- MSiPSOX (MaSibPcSdOeXf);
- MSnPSX (MaSnbP.SdXe);
- MSnPSOX (MaSnbP,SdOeXf);
- MZPSX (MaZnbP.SdXe);
- MZPSOX (MaZnbP,SdOeXf);
- M3OX;
- M2HOX;
- M3PO4;
- M3P54; et - MaP0bN, (où a = 2b + 3c - 5);
dans lesquelles :
M est un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou une de leurs combinaisons, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison de ceux-ci;
a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
51. Matériau d'électrode selon la revendication 50, dans lequel M est choisi parmi Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba ou une combinaison de ceux-ci.
52. Matériau d'électrode selon la revendication 51, dans lequel M est Li.
53. Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 46 à 52, dans lequel l'additif est choisi parmi les composés inorganiques de type argyrodites de formule Li6PS5X dans laquelle X est Cl, Br ou I.
54. Matériau d'électrode selon l'une quelconque des revendications 46 à 53, dans lequel l'additif est Li6PS5Cl.
55. Une électrode comprenant le matériau d'électrode tel que défini à
l'une quelconque des revendications 24 à 54 sur un collecteur de courant.
l'une quelconque des revendications 24 à 54 sur un collecteur de courant.
56. Une électrode autosupportée comprenant le matériau d'électrode tel que défini à
l'une quelconque des revendications 24 à 54.
l'une quelconque des revendications 24 à 54.
57. Une cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle au moins l'une de l'électrode positive ou de l'électrode négative est telle que définie à la revendication 55 ou 56 ou comprend un matériau d'électrode tel que défini à l'une quelconque des revendications 24 à
54.
54.
58. Cellule électrochimique selon la revendication 57, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant.
59. Cellule électrochimique selon la revendication 57, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte en gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant.
60. Cellule électrochimique selon la revendication 57, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant.
61. Cellule électrochimique selon la revendication 57, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte solide hybride polymère-céramique.
62. Cellule électrochimique selon la revendication 57, dans laquelle l'électrolyte comprend un matériau d'électrolyte solide inorganique.
63. Cellule électrochimique selon la revendication 62, dans laquelle le matériau d'électrolyte solide inorganique comprend des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d'oxysulfure ou d'oxyde.
64. Cellule électrochimique selon la revendication 62 ou 63, dans laquelle le matériau d'électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON, argyrodites, grenats, NASICON, perovskites, les oxydes, les sulfures, les oxysulfures, les phosphures, les fluorures, de forme cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
65. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 62 à 64, dans laquelle le matériau d'électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés inorganiques de formules :
- MLZO (par exemple, M7La3Zr2012, M(7_a)La3ZrzAlb012, M(7_a)La3Zr2Gab012, M(7-a)La3Zr(2-b)Tab012, et M(7_a)La3Zr(2-b)Nbb012);
- MLTa0 (par exemple, M7La3Ta2012, M5La3Ta2012, et M6La3Tat5Yo.5012);
- MLSnO (par exemple, M7La3Sn2012);
- MAGP (par exemple, Mi+aAlaGe2-a(PO4)3);
- MATP (par exemple, Mi+aAlaTi2-a(PO4)3,);
- MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3-a)TiO3);
- MZP (par exemple, MaZrb(PO4)c);
- MCZP (par exemple, MaCabZr.(PO4)d);
- MGPS (par exemple, MaGebP,Sd tel que MioGeP2S12);
- MGPSO (par exemple, MaGebPcSd0e);
- MSiPS (par exemple, MaSibP,Sd tel que MioSiP2Si2);
- MSiPSO (par exemple, MaSibP.Sd0e);
- MSnPS (par exemple, MaSnbP,Sd tel que MioSnP2Si2);
- MSnPSO (par exemple, MaSnbPcSd0e);
- MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3Sii);
- MPSO (par exemple, MaPbScOd);
- MZPS (par exemple, MaZnbPcSd);
- MZPSO (par exemple, MaZnbP.Sd0e);
- xM2S-yP2Ss;
- xM2S-yP2Ss-zMX;
- xM2S-yP2Ss-zP20s;
- xM2S-yP2Ss-zP20s-wMX;
- xM2S-yM20-zP2Ss;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wMX;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wP20s;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wP20s-vMX;
- xM2S-y5i52;
- MPSX (par exemple, MaPbS,Xd tel que M7P3511X, M7P258X, et M6PS5X);
- MPSOX (par exemple, MaPbScOdXe);
- MGPSX (MaGebP.SdXe);
- MGPSOX (MaGebP,SdOeXf);
- MSiPSX (MaSibPcSdXe);
- MSiPSOX (MaSibPcSdOeXf);
- MSnPSX (MaSnbP.SdXe);
- MSnPSOX (MaSnbP,SdOeXf);
- MZPSX (MaZnbP.SdXe);
- MZPSOX (MaZnbP,SdOeXf);
- M3OX;
- M2HOX;
- M3PO4;
- M3P54; et - MaP0bN, (où a = 2b + 3c - 5);
dans lesquelles :
M est un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou une de leurs combinaisons, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison de ceux-ci;
a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
- MLZO (par exemple, M7La3Zr2012, M(7_a)La3ZrzAlb012, M(7_a)La3Zr2Gab012, M(7-a)La3Zr(2-b)Tab012, et M(7_a)La3Zr(2-b)Nbb012);
- MLTa0 (par exemple, M7La3Ta2012, M5La3Ta2012, et M6La3Tat5Yo.5012);
- MLSnO (par exemple, M7La3Sn2012);
- MAGP (par exemple, Mi+aAlaGe2-a(PO4)3);
- MATP (par exemple, Mi+aAlaTi2-a(PO4)3,);
- MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3-a)TiO3);
- MZP (par exemple, MaZrb(PO4)c);
- MCZP (par exemple, MaCabZr.(PO4)d);
- MGPS (par exemple, MaGebP,Sd tel que MioGeP2S12);
- MGPSO (par exemple, MaGebPcSd0e);
- MSiPS (par exemple, MaSibP,Sd tel que MioSiP2Si2);
- MSiPSO (par exemple, MaSibP.Sd0e);
- MSnPS (par exemple, MaSnbP,Sd tel que MioSnP2Si2);
- MSnPSO (par exemple, MaSnbPcSd0e);
- MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3Sii);
- MPSO (par exemple, MaPbScOd);
- MZPS (par exemple, MaZnbPcSd);
- MZPSO (par exemple, MaZnbP.Sd0e);
- xM2S-yP2Ss;
- xM2S-yP2Ss-zMX;
- xM2S-yP2Ss-zP20s;
- xM2S-yP2Ss-zP20s-wMX;
- xM2S-yM20-zP2Ss;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wMX;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wP20s;
- xM2S-yM20-zP2Ss-wP20s-vMX;
- xM2S-y5i52;
- MPSX (par exemple, MaPbS,Xd tel que M7P3511X, M7P258X, et M6PS5X);
- MPSOX (par exemple, MaPbScOdXe);
- MGPSX (MaGebP.SdXe);
- MGPSOX (MaGebP,SdOeXf);
- MSiPSX (MaSibPcSdXe);
- MSiPSOX (MaSibPcSdOeXf);
- MSnPSX (MaSnbP.SdXe);
- MSnPSOX (MaSnbP,SdOeXf);
- MZPSX (MaZnbP.SdXe);
- MZPSOX (MaZnbP,SdOeXf);
- M3OX;
- M2HOX;
- M3PO4;
- M3P54; et - MaP0bN, (où a = 2b + 3c - 5);
dans lesquelles :
M est un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou une de leurs combinaisons, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison de ceux-ci;
a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
66. Cellule électrochimique selon la revendication 65, dans laquelle M est choisi parmi Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba ou une combinaison de ceux-ci.
67. Cellule électrochimique selon la revendication 66, dans laquelle M est Li.
68. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 62 à 67, dans laquelle le matériau d'électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés inorganiques de type argyrodites de formule Li6PS5X dans laquelle X est Cl, Br ou I.
69. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 62 à 68, dans laquelle le matériau d'électrolyte solide inorganique est Li6PS5Cl.
70. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 57 à 69, dans laquelle l'électrode négative comprend un matériau électrochimiquement actif comprenant un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, un alliage comprenant au moins un métal alcalin ou alcalino-terreux, un métal non-alcalin et non-alcalino-terreux, ou un alliage ou un composé intermétallique.
71. Cellule électrochimique selon la revendication 70, dans laquelle le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative comprend du lithium métallique ou un alliage incluant ou à base de lithium métallique.
72. Cellule électrochimique selon la revendication 70 ou 71, dans laquelle le matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative est sous forme de film ayant une épaisseur comprise dans l'intervalle allant d'environ 5 pm à environ 500 pm, bornes supérieures et inférieures incluses.
73. Cellule électrochimique selon la revendication 72, dans laquelle l'épaisseur du film de matériau électrochimiquement actif de l'électrode négative est comprise dans l'intervalle allant d'environ 10 pm à environ 100 pm, bornes supérieures et inférieures incluses.
74. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 57 à 69, dans laquelle l'électrode positive est pré-lithié et l'électrode négative est substantiellement exempte de lithium.
75. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 74, dans laquelle l'électrode négative est lithiée in situ lors du cyclage de ladite cellule électrochimique.
76. Un accumulateur électrochimique comprenant au moins une cellule électrochimique telle que définie à l'une quelconque des revendications 57 à 75.
77. Accumulateur électrochimique selon la revendication 76, dans lequel ledit accumulateur électrochimique est une batterie choisie parmi une batterie au lithium, une batterie lithium-ion, une batterie au sodium, une batterie sodium-ion, une batterie au magnésium, une batterie magnésium-ion.
78. Accumulateur électrochimique selon la revendication 77, dans lequel ladite batterie est une batterie au lithium ou une batterie lithium-ion.
79. Accumulateur électrochimique selon la revendication 77, dans lequel ledit accumulateur électrochimique est une batterie dite tout solide.
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2022
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