EP4128390A1 - Current collector for silicon anode - Google Patents

Current collector for silicon anode

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EP4128390A1
EP4128390A1 EP21715284.2A EP21715284A EP4128390A1 EP 4128390 A1 EP4128390 A1 EP 4128390A1 EP 21715284 A EP21715284 A EP 21715284A EP 4128390 A1 EP4128390 A1 EP 4128390A1
Authority
EP
European Patent Office
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face
interfacing layer
substrate
anode
interfacing
Prior art date
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Pending
Application number
EP21715284.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Simon BERTHOME
Pierre Guichard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Armor Battery Films
Original Assignee
Armor SAS
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Filing date
Publication date
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a current collector for an anode.
  • the invention also relates to an accumulator and to an energy storage device comprising such a current collector.
  • the invention also relates to a method of manufacturing this current collector.
  • the present invention also relates to an anode for an electrochemical accumulator.
  • the invention also relates to an accumulator and to an energy storage device comprising such an anode.
  • the invention also relates to a method of manufacturing this anode.
  • An electrochemical accumulator conventionally comprises a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte and current collectors for each electrode.
  • the assembly of a negative electrode and a current collector forms an anode while the assembly of a positive electrode and a current collector forms a cathode.
  • the operating principle of such accumulators is based on the reversible storage of electrical energy into chemical energy by the implementation of two separate and coupled electrochemical reactions.
  • the positive and negative electrodes are bathed in the electrolyte and are the site of electrochemical reactions, known as faradic reactions.
  • the electrodes are made in particular of active materials making it possible to store and de-stock ions via oxidation and reduction reactions.
  • the electrodes are made according to a composition, the composition mainly comprising one or more active material (s) (> 70% by mass), conductive particles ensuring good transport of electrons to all the active materials, and a binder which ensures the cohesion of the particles, as well as the adhesion to the current collector.
  • active material s
  • binder which ensures the cohesion of the particles, as well as the adhesion to the current collector.
  • an electrolyte This can be liquid, in the form of a gel or else a solid.
  • Lithium technologies have the best characteristics in terms of specific and volume energy densities. These technologies are therefore preferably chosen for nomadic applications, such as mobile telephony or laptops. but also for the development of new electric vehicles (EV) and stationary systems (ESS) requiring large storage capacities and long lifetimes.
  • EV electric vehicles
  • ESS stationary systems
  • Silicon as the active material of the anode, has a storage capacity for lithium ions greater than that of graphite.
  • the liquid electrolyte and lithium settle on the surface of the active material and break down to form a layer, called solid electrolyte interphase (SEI).
  • SEI solid electrolyte interphase
  • silicon anodes can be damaged by deformation and fractionation of the active material, caused by volume changes of up to 300%. Indeed, during cell operation, when lithium ions are intercalated, the active material of the anode expands, and when lithium ions are de-intercalated, the active material contracts. Such changes in volume can also generate spalling, or flaking, of the SEI and further decomposition of the electrolyte, accompanied by further deposition of lithium, resulting in the formation of a new SEI.
  • anode current collector which provides improved properties, in particular better adhesion with the electrode and / or reduced electrical resistance between the substrate and the electrode.
  • a current collector for an anode, the current collector comprising:
  • interfacing layer having a thickness less than 10 micrometers, preferably less than 6 micrometers, in contact with the first face of the substrate, the interfacing layer having a roughness whose depth is between 0.5 micrometers and 10 micrometers.
  • Such a collector has improved properties, whether in terms of adhesion and / or reduced electrical resistance.
  • an interfacing layer provides good adhesion of the electrode to the substrate, and therefore a better electrical interface, it adds electrical resistance within it due to the limit in conductivity of its components.
  • the roughness of the interfacing layer of the present collector solves this technical problem, in particular by generating better electrical percolation within the electrode and by increasing the electron exchange surface with the current collector.
  • this is not a coating layer whose surface state reproduces only that of the substrate on which it is deposited, as described in document US 2013/0115510, but rather a layer with its own surface finish.
  • This surface condition is controlled and adjustable, for example by virtue of the composition of the layer, in order to obtain the best electrochemical performance.
  • the current collector comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the interfacing layer has a second face in contact with the first face of the substrate, the second face of the interfacing layer having an area and the first face of the substrate having an area, the ratio between the area of the second face of the interfacing layer and the area of the first face of the substrate being between 0.1 and 1.
  • the interfacing layer is produced by coating with a second composition, the second composition comprising a second binder material and a second conductive additive.
  • the interfacing layer consists of a network comprising a plurality of elements arranged on the first face of the substrate, each element being separated from another adjacent element by a distance between 200 micrometers and 2500 micrometers, the distance separating two adjacent elements being the smallest distance between a point of an element and a point of a second element adjacent to the first element.
  • the interfacing layer is produced by coating with a third composition, the third composition comprising a third conductive additive and optionally a third binder material.
  • each element has a base, the base of each element being a polygon or a disc or an oval.
  • the base of the elements of the interfacing layer has a degree of coverage of the first face of the substrate of between 0.1 and 0.9, preferably between 0.2 and 0.5.
  • each element has a height less than or equal to 10 micrometers.
  • the current collector comprises at least a first interfacing layer, the first interfacing layer having a second face in contact with the first face of the substrate, the second face of the interfacing layer having an area and the first face of the substrate having an area, the ratio between the area of the second face of the interfacing layer and the area of the first face of the substrate being between 0.1 and 1.
  • the current collector comprises at least a second interfacing layer, the second interfacing layer consisting of an array comprising a plurality of elements disposed on the first face of the substrate, each element being separated from another adjacent element by a distance between 200 micrometers and 2,500 micrometers, the distance separating two adjacent elements being the smallest distance between a point of a first element and a point of a second element adjacent to the first element, the first interfacing layer and the second interfacing layer being superimposed on top of each other.
  • the present description also relates to an electrochemical accumulator comprising a current collector as described above.
  • This description also relates to a method of manufacturing a current collector for an anode, the method comprising:
  • the interfacing layer having a thickness less than 10 micrometers, preferably less than 6 micrometers, the interfacing layer having a roughness the depth of which is between 0.5 micrometers and 10 micrometers.
  • An anode for an electrochemical accumulator comprising a substrate having a first face, an electrode produced according to a first composition, the first composition comprising an intercalation material, a first binder material and a first conductive additive, the intercalation material comprising silicon.
  • the electrode has one face, the first face of the substrate and the face of the electrode being opposite.
  • the anode comprises at least one interfacing layer having a thickness less than 10 micrometers, preferably less than 6 micrometers, disposed between the substrate and the electrode and in contact with the first face of the substrate and the face of the electrode.
  • the anode comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the interfacing layer has a first face in contact with the face of the electrode, the first face of the interfacing layer having a roughness the depth of which is between 10 nanometers and 10 micrometers.
  • the interfacing layer has a second face in contact with the first face of the substrate, the second face of the interfacing layer having an area and the first face of the substrate having an area, the ratio between the area of the second face of the interfacing layer and the area of the first face of the substrate being between 0.1 and 1.
  • the interfacing layer is produced by coating with a second composition, the second composition comprising a second binder material and a second conductive additive.
  • the interfacing layer consists of a network comprising a plurality of elements arranged on the first face of the substrate, each element being separated from another adjacent element by a distance between 200 micrometers and 2500 micrometers, the distance separating two adjacent elements being the smallest distance between a point of an element and a point of a second element adjacent to the first element.
  • the interfacing layer is produced by coating with a third composition, the third composition comprising a third conductive additive and optionally a third binder material.
  • each element has a base, the base of each element being a polygon or a disc or an oval.
  • the base of the elements of the interfacing layer has a coverage rate of the first face of the substrate of between 0.1 and 0.9, preferably between 0.2 and 0.5.
  • each element has a height less than or equal to 10 micrometers.
  • the anode comprises at least a first interfacing layer, the first interfacing layer having a first face in contact with the face of the electrode, the first face of the interfacing layer having a roughness the depth of which is between 10 nanometers and 10 micrometers.
  • the anode comprises at least a second interfacing layer, the second layer interface consisting of an array comprising a plurality of elements arranged on the first face of the substrate, each element being separated from another adjacent element by a distance between 200 micrometers and 2500 micrometers, the distance separating two adjacent elements being the smallest distance between a point of a first element and a point of a second element adjacent to the first element.
  • the first interfacing layer and the second interfacing layer being superimposed on one another.
  • the silicon content of the intercalation material is greater than or equal to 30%, preferably greater than or equal to 60% by mass.
  • the intercalation material is silicon.
  • the present description also relates to an electrochemical accumulator comprising an anode as described above.
  • the present description also describes an energy storage device comprising at least one electrochemical accumulator as described above.
  • the present description also relates to a method of manufacturing an anode for an electrochemical accumulator, the method comprising a step of providing a substrate having a first face, a step of depositing by coating on the first face of the substrate with less one interfacing layer, the interfacing layer having a thickness less than 10 micrometers, preferably less than 6 micrometers.
  • the method further comprising a step of preparing a first composition comprising an intercalation material, a first binder material and a first conductive additive, the intercalation material comprising silicon, and a step of deposition by coating of the first composition on the interfacing layer to obtain an electrode having one face, the first face of the substrate and the face of the electrode being opposite, and the interfacing layer being in contact with the first face of the substrate and the face of the electrode.
  • FIG. 2 a schematic side view of a section of the anode of the electrochemical accumulator comprising an interfacing layer
  • FIG. 3 a schematic side view of a section of another example of an anode of the electrochemical accumulator comprising another example of an interfacing layer
  • FIG. 8 a schematic side view of a section of another exemplary anode of the electrochemical accumulator comprising two interfacing layers.
  • FIG. 9 a schematic side view of a section of another exemplary anode of the electrochemical accumulator comprising two interfacing layers.
  • FIG. 1 An electric accumulator 10 is shown in FIG. 1.
  • the accumulator 10 is intended to be connected to other electric accumulators to form an energy storage device, in particular an electric generator of the desired voltage and capacity.
  • Such a generator is called an accumulator battery or more simply a battery.
  • Accumulator 10 uses a reversible energy conversion technique to store energy and release it later.
  • accumulator 10 is an electrochemical accumulator.
  • the accumulator 10 is a lithium-ion accumulator for a lithium-ion battery.
  • Accumulator 10 has an electrolyte 12, a cathode 14 and an anode 16. Accumulator 10 functions as an electrochemical accumulator through the interaction between electrolyte 12, cathode 14 and anode 16.
  • the electrolyte 12 is composed of various ionic salts providing ions used for the storage reactions of charges or faradics, of carbonates and of a solvent or mixture of solvents to allow the solubilization of the ions.
  • the ionic salts are chosen from lithium hexafluorophosphate (LiPFe), lithium bis (trifluoromethane sulfonyl) imide salt (LiTFSI), lithium tetrafluoroborate (LiBF), lithium bis oxalate borate (LiBOB), sodium nitrate. lithium (L1NO 3 ) and lithium difluorooxalatoborate (LiDFOB).
  • the carbonates are, for example, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC) and diethyl carbonate (DEC).
  • PC propylene carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • DMC dimethyl carbonate
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • Carbohydrates are also, in smaller proportions, fluoroethylene carbonate (FEC), vinylene carbonate (VC), methyl acetate, methyl formate, acetonitrile, tetrahydrofuran, gamma-butyrolactone, and binary or ternary mixtures, or even quaternary mixtures thereof, as well as ionic liquids.
  • FEC fluoroethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • methyl acetate methyl formate
  • acetonitrile tetrahydrofuran
  • gamma-butyrolactone gamma-butyrolactone
  • binary or ternary mixtures or even quaternary mixtures thereof, as well as ionic liquids.
  • Cathode 14 comprises an active material.
  • the active material of the cathode 14 is conventionally composed of lithium sulfur (LiS) and / or of at least one lithiated metal oxide, the lithiated metal oxide being chosen for example from lithium-cobalt oxide L1COO2 (LCO), lithium-nickel-cobalt-manganese oxide LiNiMnCoC> 2 (NMC), lithium-nickel-cobalt-aluminum oxide LiNiCoAI0 2 (NCA), lithium manganese oxide LiMnC (LMO), oxide lithium iron phosphorus LiFePC (LFP), lithium nickel manganese oxide Li (LiNiMn) C> 2, lithium manganese iron phosphate (LMFP) and lithium nickel manganese oxide LiNiMnO (LNMO) .
  • LCO lithium-cobalt oxide L1COO2
  • NMC lithium-nickel-cobalt-manganese oxide LiNiMnCoC> 2
  • NCA lithium-nickel-cobalt-aluminum
  • active material of the cathode 14 are possible, for example those suitable for sodium-ion batteries.
  • the anode 16 is shown in more detail in Figure 2.
  • the anode 16 has a substrate 20, an electrode 21 and an interfacing layer 22.
  • the substrate 20, the electrode 21 and the interfacing layer 22 form a stack of layers in a stacking direction denoted Z, the interfacing layer 22 being disposed between the substrate 20 and the electrode 21.
  • the substrate 20, the interfacing layer 22 and the electrode 21 are superimposed.
  • Substrate 20 and interfacing layer 22 form an anode 16 current collector.
  • Substrate 20 and interfacing layer 22 form current collector 23.
  • each characteristic or embodiment relates equally to the anode 16 or the current collector 23.
  • the substrate 20 has a first face 201 perpendicular to the stacking direction Z.
  • the substrate 20 has a thickness e20 of between 1 and 20 micrometers (pm), preferably equal to 10 pm, the thickness e20 being measured according to the stacking direction Z.
  • the value of the thickness e of a layer is measured according to the stacking direction Z.
  • the substrate 20 comprises a metal sheet 35.
  • the metal sheet 35 is for example made of iron, copper, aluminum, nickel, titanium or stainless steel.
  • the electrode 21 is in contact with the electrolyte 12 of the accumulator 10.
  • the electrode 21 has a face 212 perpendicular to the stacking direction Z.
  • the face 212 of the electrode 21 is opposite the first face 201 of the substrate 20.
  • the electrode 21 is disposed on the interfacing layer 22.
  • the electrode 21 has a thickness e21 of between 10 ⁇ m and 150 ⁇ m.
  • the electrode 21 is formed by depositing a first composition C1 on the interfacing layer 22.
  • the electrode 21 is formed by coating the first composition C1 on the interfacing layer 22.
  • the first composition C1 comprises an intercalation material M1, a first binder material ML1 and a first conductive additive AC1.
  • the intercalation material is also referred to as the "active material”.
  • the M1 intercalation material comprises at least silicon.
  • the silicon content in the intercalation material M1 is greater than or equal to 30% by mass of the intercalation material M1, preferably greater than or equal to 60% by mass of the intercalation material M1, and is advantageously equal to 100 % by mass of intercalation material Ml.
  • the silicon of the intercalation material M1 is in the form of a globally spherical particle having a diameter of between 5 nanometers (nm) and 500 nm, preferably between 10 nm and 200 nm. Alternatively, the silicon of the intercalation material M1 is in the form of flakes or fibers. The silicon of the intercalation material M1 can be coated with carbon. When the silicon content in the first intercalation material MI1 is strictly less than 100%, the intercalation material M1 further comprises a material chosen from mesophase microbeads, commonly designated by the English name “MesoCarbon MicroBeads”.
  • MCMB artificial or natural graphites
  • graphitic materials such as soft carbon (better known by its English name “soft carbon”) or hard carbon (better known by its English name “hard carbon”)
  • compounds based on lithiated titanate such as mTi 5 0i 2 (also designated by the acronym LTO) and compounds based on silicon, tin or alloys.
  • the first composition C1 comprises a mass content of intercalation material M1 greater than or equal to 50%, preferably greater than or equal to 60%, advantageously between 60% and 93%, relative to the mass of composition C1.
  • the silicon of the electrode 21 is in the form of a dispersion of particles of pure silicon and / or silicon oxide SiO x within the material of the anode 16 (x being an integer equal to 1 or 2 ).
  • the silicon and / or silicon oxide particles of electrode 21 are not covalently bonded to another chemical element, such as hydrogen for example. If the silicon has been oxidized, the silicon particles are mainly made up of pure Si and covered with SiO x .
  • the mass content of an element in a composition is calculated based on the mass of the total composition.
  • the choice of the first binder material ML1 varies considerably provided that the first binder material ML1 is inert with respect to the other materials of the electrode 21.
  • the first binding material ML1 is a material, preferably a polymer, which makes it possible to facilitate the use of the electrodes during their manufacture.
  • the first ML1 binder material comprises one or more polymers chosen from thermoplastic polymers, thermosetting polymers, elastomers and a mixture of these.
  • thermoplastic polymers include, without limitation, polymers resulting from the polymerization of aliphatic or cycloaliphatic vinyl monomers, such as polyolefins (including polyethylenes or even polypropylenes), polymers resulting from the polymerization of aromatic vinyl monomers , such as polystyrenes, polymers resulting from the polymerization of acrylic and / or (meth) acrylate monomers, polyamides, polyetherketones, polyimides.
  • polymers resulting from the polymerization of aliphatic or cycloaliphatic vinyl monomers such as polyolefins (including polyethylenes or even polypropylenes)
  • aromatic vinyl monomers such as polystyrenes
  • acrylic and / or (meth) acrylate monomers such as polystyrenes
  • acrylic and / or (meth) acrylate monomers such as polyamides, polyetherketones, polyimides.
  • thermosetting polymers include, without limitation, thermosetting resins (such as epoxy resins, polyester resins) optionally in admixture with polyurethanes or with polyether polyols.
  • elastomeric polymers include, without limitation, natural rubbers, synthetic rubbers, styrene butadiene copolymers. (also known by the abbreviation “SBR”), ethylene-propylene copolymers (also known by the abbreviation “EPM”) and silicones.
  • SBR styrene butadiene copolymers
  • EPM ethylene-propylene copolymers
  • silicones silicones
  • the first binding material ML1 is a mixture of thermoplastic polymer (s), of thermosetting polymer (s) and / or of elastomeric polymer (s).
  • first ML1 binder materials include crosslinked polymers, such as those made from polymers having carboxyl groups and crosslinking agents.
  • ML1 early binding materials include cellulose derivatives.
  • the first composition C1 comprises a content by mass of first binding material ML1 of less than or equal to 30%, preferably less than or equal to 20%.
  • the first AC1 conductive additive has one or more types of conductive elements to improve electronic conductivity.
  • Examples of conductive elements include, but are not limited to, conductive carbons, graphites, graphenes, carbon nanotubes, activated carbon fibers, unactivated carbon nanofibers, metal flakes, metal powders, metal fibers and electrically conductive polymers.
  • a nanofiber is defined as a fiber having a diameter of maximum dimension between 1 nm and 200 nm and extending in a direction normal to said diameter.
  • a nanotube is defined as a tube having an outer diameter of maximum dimension between 1 nm and 100 nm and extending in a direction normal to said diameter.
  • the first composition C1 comprises a content by mass of the first conductive additive AC1 of less than or equal to 20%, preferably less than 10%.
  • the thickness e21 of the electrode 21 varies depending on the amount of silicon included in the electrode 21.
  • the electrode 21 is separated from the substrate 20 by the interfacing layer 22.
  • the interfacing layer 22 has a first face 221 in contact with the face 212 of the electrode 21, and a second face 222 in contact with the first face 201 of the substrate 20.
  • the first face 221 and the second face 222 of the interfacing layer 22 are perpendicular to the stacking direction Z and parallel to each other.
  • the interfacing layer 22 has a thickness e22 less than or equal to 10 ⁇ m.
  • the thickness e22 is greater than or equal to 10 nm. More preferably, the thickness e22 is greater than or equal to 100 nm.
  • the thickness e22 is between 10 nm and 3 ⁇ m.
  • the interfacing layer 22 is produced by depositing a second composition C2 on the substrate 20.
  • the interfacing layer 22 is produced by coating the second composition C2 on the first face 201 of the substrate 20.
  • the second composition C2 comprises a second binder material ML2 and a second conductive additive AC2.
  • the second conductive additive AC2 has one or more types of conductive elements to improve electronic conductivity.
  • the second conductive additive AC2 is chosen from carbon, carbon black, graphite, graphene, carbon nanotubes, activated carbon fibers, non-activated carbon nanofibers, metal flakes, metal powders , metallic fibers and electrically conductive polymers.
  • the second conductive additive AC2 is chosen, without limitation, from carbon nanofibers and carbon nanotubes.
  • the second composition C2 comprises a content by mass of second conductive additive AC2 of greater than or equal to 20%.
  • the second composition C2 comprises a content by weight of second conductive additive AC2 of less than or equal to 70%.
  • the second composition C2 comprises a content by mass of second conductive additive AC2 of between 30% and 60%.
  • the choice of the second binder material ML2 is not particularly limited as long as the second binder material ML2 is inert with respect to the other materials of the second composition C2.
  • the second ML2 binder material comprises one or more polymers chosen from thermoplastic polymers, thermosetting polymers, elastomers and mixtures thereof.
  • thermoplastic polymers include, without limitation, polymers resulting from the polymerization of aliphatic or cycloaliphatic vinyl monomers, such as polyolefins (including polyethylenes or even polypropylenes), polymers resulting from the polymerization of aromatic vinyl monomers , such as polystyrenes, polymers resulting from the polymerization of acrylic and / or (meth) acrylate monomers, polyamides, polyetherketones, polyimides.
  • polymers resulting from the polymerization of aliphatic or cycloaliphatic vinyl monomers such as polyolefins (including polyethylenes or even polypropylenes)
  • aromatic vinyl monomers such as polystyrenes
  • acrylic and / or (meth) acrylate monomers such as polystyrenes
  • acrylic and / or (meth) acrylate monomers such as polyamides, polyetherketones, polyimides.
  • thermosetting polymers include, without limitation, thermosetting resins (such as epoxy resins, polyester resins) optionally in admixture with polyurethanes or with polyether polyols.
  • elastomeric polymers include, without limitation, natural rubbers, synthetic rubbers, styrene butadiene copolymers (also known by the abbreviation "SBR”), ethylene-propylene copolymers (also known by the abbreviation “ EPM ”) and silicones.
  • SBR styrene butadiene copolymers
  • EPM ethylene-propylene copolymers
  • silicones silicones
  • Suitable second ML2 binder materials include crosslinked polymers, such as those made from polymers having carboxyl groups and crosslinking agents.
  • Suitable second ML2 binder materials include cellulose derivatives.
  • the second composition C2 comprises a content by mass of second binding material ML2 of greater than or equal to 30%.
  • the second composition C2 comprises a content by mass of second binder material ML2 of less than or equal to 80%.
  • the second composition C2 comprises a content by mass of second binder material ML2 of between 40% and 70%.
  • the interfacing layer 22 is characterized by the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22.
  • the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22 represents the amplitude of the reliefs of the first face 221 of the interfacing layer 22.
  • the amplitude of the reliefs of the first face 221 of the layer d 'interfacing 22 corresponds to the distance between the highest point and the lowest point of said reliefs, also called peak-to-valley distance according to English terminology, and denoted Rt.
  • the reliefs of the first face 221 of the interfacing layer 22 can also be improperly defined as defects of the first face 221 of the interfacing layer 22.
  • the amplitude of the reliefs of the first face 221 of the interfacing layer 22 has a depth of between 10 nm and 10 ⁇ m, preferably between 2 ⁇ m and 9 ⁇ m.
  • the amplitude of the reliefs of the first face 221 of the interfacing layer 22 can also have a depth of between 0.5 ⁇ m and 9 ⁇ m, preferably between 0.5 ⁇ m and 8 ⁇ m, more preferably between 0.5 ⁇ m and 6 ⁇ m, advantageously between 1 ⁇ m and 6 ⁇ m.
  • the reliefs of the first face 221 of the interfacing layer 22 are the result of the mixing of the constituents of the second composition C2.
  • the second conductive additive AC2 and the second binder material ML2 are chosen such that the entanglement of these constituents generates reliefs in a random and relatively homogeneous manner on the total surface of the first face 221 of the interfacing layer 22.
  • the mass quantities of the second conductive additive AC2 and of the second binder material ML2 make it possible to modulate the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22.
  • the size and shape of the particles of the second conductive additive AC2 also make it possible to modulate the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22.
  • particles in the form of flakes or fibers make it possible to generate a greater amplitude of reliefs.
  • the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22 is modified by a surface treatment.
  • the roughness of the interfacing layer 22 is for example modified by the use of a plasma torch on the surface of the first face 221 of the interfacing layer 22.
  • the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22 is determined by measuring white light interferometry, for example using a non-contact nanometric surface topography station of the OptoSurf brand.
  • the topography station makes it possible to reconstruct the first face 221 of the interfacing layer 22 in 2D and 3D and then to calculate its roughness.
  • the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22 is defined from at least two distinct areas of the first face 221 of the interfacing layer 22.
  • the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22 is equal to the average of at least two relief amplitude values, each relief amplitude value corresponding to a distinct zone of the first face 221 of the interfacing layer 22.
  • the amplitude of reliefs of a zone distinct from the first face 221 of the interfacing layer 22 represents the distance between the highest point and the lowest point of said zone.
  • the surface of each distinct zone of the first face 221 of the interfacing layer 22 measures, for example, 40,000 ⁇ m 2 . In the example proposed, the interfacing layer 22 entirely covers the surface.
  • the interfacing layer 22 is perforated.
  • the first face 201 of the substrate 20 is thus not entirely covered by the interfacing layer 22.
  • the second face 222 of the interfacing layer 22 has an area A22.
  • the first face 201 of the substrate 20 has an area A201.
  • the interfacing layer 22 is characterized by an coverage rate R (i / s) of the face 201 of the substrate 20.
  • the coverage rate R (i / s) corresponds to the ratio between the area A22 of the second face 222 of the interfacing layer 22 and the area A201 of the first face 201 of the substrate 20 and is calculated according to the following formula :
  • the recovery rate R (i / s) is between 0.1 and 1.
  • the recovery rate R (i / s) is between 0.3 and 1.
  • the recovery rate R (i / s) is between 0.7 and 1.
  • the coverage rate R (i / s) is strictly less than 1, preferably between 0.1 and 0.9, advantageously between 0.7 and 0.9.
  • anode 16 is consistent with the operation of a prior art anode.
  • the interfacing layer 22 improves the interface between the substrate 20 and the electrode 21.
  • the thickness of less than 10 ⁇ m of the interfacing layer 22 advantageously makes it possible to improve the interface between the substrate 20 and the electrode 21 and to reduce the electrical resistance between the substrate 20 and the electrode 21.
  • the presence of the interfacing layer 22 between the substrate 20 and the electrode 21 improves the adhesion between the different layers of the anode 16, which significantly improves its efficiency.
  • the perforated appearance of the interfacing layer 22 and the roughness of the second face 222 of the interfacing layer 22 make it possible to reduce the electrical resistance between the substrate 20 and the electrode 21.
  • a high resistance acts as a barrier to the transfer of electrons during the cycling of accumulator 10.
  • the interfacing layer 22 therefore has a major effect on the electronic conductivity of the anode 16, because it allows a better interface between the substrate 20 and the electrode 21 and preserves a good electrical contact between the substrate 20 and the electrode. 21.
  • the presence of the interfacing layer 22 also improves the conduction path.
  • the electrochemical performance of the anode 16 is therefore significantly improved by the presence of the interfacing layer 22.
  • the improvement of the interface resulting from the perforated appearance of the interfacing layer 22 and the roughness of the second face 222 of the interfacing layer 22 disposed between the substrate 20 and the electrode 21 also limits deterioration and the delamination of the anode 16, caused by the volume expansion of the silicon particles during the charge and discharge cycles of the accumulator 10. The retention of cycling capacity and the life of the anode 16 are thus improved .
  • the interface layer 22 consists of a network 38 comprising a plurality of elements 40.
  • the elements 40 are uniformly distributed over the entire surface of the first face 201 of the substrate 20.
  • the number of elements 40 is denoted by n.
  • each element 40 is identical.
  • Each element 40 of the interfacing layer 22 is in contact with the first face 201 of the substrate 20 and with the face 212 of the electrode 21.
  • Each element 40 of the interfacing layer 22 has a base 401.
  • each element 40 is in contact with the first face 201 of the substrate 20.
  • Each base 401 is a disk having a larger diameter with a length d1.
  • the diameter d1 varies between 200 ⁇ m and 1000 ⁇ m, preferably between 500 ⁇ m and 900 ⁇ m.
  • Each base 401 has a center.
  • Each base 401 has an area A401.
  • each base 401 is between 0.03 square millimeter and 0.8 square millimeter.
  • Each element 40 is a volume generated from its base 401.
  • the elements 40 are domes.
  • Each element 40 of the interfacing layer 22 has a height H40 less than or equal to 10 ⁇ m.
  • each element 40 of the interfacing layer 22 has a height H40 less than or equal to 6 ⁇ m. More preferably, each element 40 of the interfacing layer 22 has a height H40 greater than or equal to 10 nm. More preferably, each element 40 of the interfacing layer 22 has a height H40 greater than or equal to 0.5 ⁇ m.
  • each element 40 of the interfacing layer 22 has a height H40 of between 10 nm and 3 ⁇ m.
  • Such a height H40 of the elements 40 makes it possible to increase the contact surface with the electrode 21, and therefore to improve the electrical contact between the substrate 20 and the electrode 21.
  • Such a height H40 of the elements 40 also makes it possible to limit the mechanical stresses linked to the volume variations of the intercalation material M1 of the electrode 21.
  • the interface layer 22 is formed of n discrete elements 40 forming the network 38.
  • the first face 201 of the substrate 20 is therefore not entirely covered by the plurality of elements 40.
  • the interfacing layer 22 is characterized by an coverage rate R (r / s) of the first face 201 of the substrate 20.
  • the coverage rate R (r / s) corresponds to the ratio between the area A22 of the interfacing layer 22 and the area A201 of the first face 201 of the substrate 20.
  • the area A22 of the interfacing layer 22 is defined as the sum of the areas A401 of the base 401 of the n elements 40 of the interfacing layer 22.
  • the area A22 of the interfacing layer 22 is calculated according to the following formula: where i denotes the ith area A401.
  • the bases 401 are all identical and the area A22 of the interfacing layer is calculated according to the following formula:
  • the recovery rate R (r / s) is calculated according to the following formula:
  • the recovery rate R (r / s) is between 0.1 and 0.9.
  • the coverage rate R (r / s) is between 0.2 and 0.5.
  • first face 201 of the substrate 20 is not entirely covered by the interfacing layer 22 makes it possible to generate a relief on the first face 201 of the substrate 20, which makes it possible to increase the contact surface with the electrode. 21, and therefore to improve the electrical contact between the substrate 20 and the electrode 21.
  • This also makes it possible to limit the mechanical stresses generated by the volume variations of the active material of the electrode 21 during the operation of the accumulator 10. Modulating the coverage rate R (r / s) also makes it possible to reduce the electrical resistance between the substrate 20 and the electrode 21 relative to the case where the coverage rate is equal to 1.
  • the elements 40 of the interfacing layer 22 are produced by depositing a third composition C3 on the first face 201 of the substrate 20.
  • the elements elements 40 of the interfacing layer 22 are produced by coating the third composition C3 on the first face 201 of the substrate 20.
  • the third composition C3 comprises a third conductive additive AC3 and optionally a third binder material ML3.
  • the third composition C3 consists of a third conductive additive AC3 and a third binder material ML3.
  • the third conductive additive AC3 comprises one or more conductive elements to improve electronic conductivity.
  • the third conductive additive AC3 is chosen from carbon, carbon black, graphite, graphene, carbon nanotubes, activated carbon fibers, non-activated carbon nanofibers, metal flakes, metal powders , metallic fibers and electrically conductive polymers.
  • the third composition C3 comprises a content by mass of third conductive additive AC3 of greater than or equal to 20%.
  • the third composition C3 comprises a content by mass of third conductive additive AC3 of less than or equal to 90%.
  • the content by mass of third conductive additive AC3 included in the third composition C3 is between 40% and 70%.
  • the third ML3 binder material consists of one or more polymers, chosen from thermoplastic polymers, thermosetting polymers, elastomers and mixtures thereof.
  • thermoplastic polymers thermosetting polymers and elastomers are as defined above.
  • the third composition C3 comprises a content by mass of third binding material ML3 of greater than or equal to 10%.
  • the third composition C3 comprises a content by mass of third binding material ML3 of less than or equal to 80%.
  • the content by mass of third binder material ML3 included in composition C3 is between 30% and 60%.
  • n elements 40 of the interfacing layer 22 are arranged in different variants.
  • the n elements 40 of the interfacing layer 22 are arranged in respective unit cells, each unit cell being identical.
  • the n elements 40 of the interfacing layer are distributed randomly on the first face 201 of the substrate 20.
  • the elementary mesh 50 of the interfacing layer 22 is provided by four bases 401 arranged in a square.
  • the elementary mesh 50 has a side defined by a segment connecting the center of two adjacent bases 401.
  • the side of the elementary mesh 50 has a length c1 of between 400 ⁇ m and 3500 ⁇ m, preferably between 600 ⁇ m and 2000 ⁇ m.
  • the network 38 is a set corresponding to the periodic repetition of the elementary cell 50 in X and Y directions, the X and Y directions being normal to each other and normal to the Z direction.
  • the organization of the interface layer 22 into a plurality of elements 40 arranged in a network formed of an elementary mesh makes it possible to have a homogeneous anode over its entire dimension.
  • the repeatability of the pattern ensures better reproducibility of the anode and better reproducibility of electrochemical performance.
  • the bases 401 of the elements 40 of the interfacing layer 22 are squares.
  • Each base 401 is defined by a diagonal having a length d2.
  • the length d2 varies between 200 ⁇ m and 1200 ⁇ m, preferably between 500 ⁇ m and 1000 ⁇ m.
  • the elementary mesh 60 of the interfacing layer 22 is provided by five bases 401 forming a centered square.
  • the elementary mesh 60 has a side defined by a segment connecting the center of two adjacent bases 401 chosen from among the four bases 401 forming the square.
  • the side of the elementary cell 60 is defined by a length c2.
  • the length c2 varies between 400 ⁇ m and 3700 ⁇ m, preferably between 600 ⁇ m and 2200 ⁇ m.
  • the network 38 is then a set corresponding to the periodic repetition of the elementary cell 60 in X and Y directions, the X and Y directions being normal to each other and normal to the Z direction.
  • the operation of the anode 16 according to the variant shown in Figure 5 is in accordance with the operation of the anode 16 as shown in Figures 3 and 4.
  • the organization of the n elements 40 in staggered rows makes it possible to increase the coverage rate R (r / s), and therefore to increase the contact surface with the electrode 21.
  • the fact that the bases 401 of the elements 40 are squares also makes it possible to increase the recovery rate R (r / s).
  • the elementary mesh consists of an elementary mesh 70 corresponding to the elementary mesh 60 according to FIG. 5 in which the bases 401 are disks.
  • Each base 401 is defined by a diameter having a length d3.
  • the length d3 varies between 200 ⁇ m and 1200 ⁇ m, preferably between 500 ⁇ m and 1000 ⁇ m.
  • the elementary mesh 70 has a side defined by a length c3.
  • the length c3 varies between 400 ⁇ m and 3500 ⁇ m, preferably between 600 ⁇ m and 2000 ⁇ m.
  • the network 38 is then a set corresponding to the periodic repetition of the elementary cell 70 in X and Y directions, the X and Y directions being normal to each other and normal to the Z direction.
  • the organization of the n elements 40 in a staggered manner makes it possible to increase the recovery rate R (r / s), and therefore to increase the contact surface with the electrode 21.
  • the n elements 40 of the interfacing layer 22 are randomly distributed over the first face 201 of the substrate 20.
  • Two adjacent elements 40 are separated by a Dadj distance, the Dadj distance being the smallest distance between two points of the two adjacent elements 40.
  • Two adjacent elements 40 form a pair of adjacent elements 40, the pair of adjacent elements 40 consisting of a first element 40 and a second element 40.
  • Each element 40 of the interfacing layer 22 is included in at least one part. minus a pair of adjacent elements 40.
  • the distance Dadj represents the smallest distance between a point on the base 401 of the first element 40 of the pair of adjacent elements 40 and a point on the base 401 of the second element 40 of the pair of adjacent elements 40.
  • the distance Dadj of each pair of adjacent elements 40 of the interfacing layer 22 is between 200 ⁇ m and 2500 ⁇ m, preferably between 400 ⁇ m and 1000 ⁇ m.
  • each element 40 of the interface layer 22 is separated from all of the elements 40 which are adjacent to it by a distance Dadj of between 200 pm and 2500 pm, preferably between 400 pm and 1000 pm.
  • Each base 401 has the same shape, the shape being chosen from one of the bases 401 according to Figures 4, 5 and 6.
  • the organization of the interface layer 22 into a plurality of elements 40 arranged in an array allows for a homogeneous anode over its entire dimension.
  • each element 40 of the interface layer 22 is a polygon or an oval.
  • the geometry of the base 401 of the elements 40 makes it possible to adjust the recovery rate R (r / s).
  • Each base 401 of the elements 40 of the interfacing layer 22 is in contact with the first face 201 of the substrate 20.
  • Each element 40 also has a surface 402. The surfaces 402 of the elements 40 are not in contact with the first face. 201 of substrate 20.
  • the surface 402 of each element 40 has roughness.
  • the roughness of the surface 402 of each element 40 represents the amplitude of the relief on the surface 402 of each element 40.
  • the roughness of the surface 402 of each element 40 is determined using the same method as that described above to determine the roughness of the second face 222 of the interfacing layer 22.
  • the roughness of the surface 402 of each element 40 is between 10 nm and 10 ⁇ m, preferably between 0.5 ⁇ m and 9 ⁇ m, preferably between 0.5 ⁇ m and 8 ⁇ m, more preferably between 0 , 5 pm and 6 pm, advantageously between 1 pm and 6 pm, more advantageously between 2 pm and 6 pm.
  • the roughness of the surface 402 of each element 40 is modulated by the size, shape and quantity of the constituents of composition C3.
  • the anode 16 comprises two interfacing layers 22.
  • the two interfacing layers 22 are superimposed on top of each other in the Z stacking direction.
  • the first interfacing layer 22 is in contact with the first face 201 of the substrate 20 and the second interfacing layer 22 is in contact with the face 212 of the electrode.
  • the first interfacing layer 22 corresponds to the interfacing layer 22 according to Figure 2.
  • the second interfacing layer 22 corresponds to the interfacing layer 22 according to Figures 3 to 6.
  • the anode 16 comprises a number p of interfacing layers 22, p being an integer greater than or equal to two. Preferably, p is between 2 and 4.
  • the p interfacing layers 22 of the anode 16 are superimposed on each other in the stacking direction Z.
  • the p interfacing layers 22 of the anode 16 are deposited one on top of the other successively by depositing, preferably by coating, the second composition C2 or the third composition C3.
  • the second composition C2 and the third composition C3 are different for each of the p interfacing layers 22.
  • the presence of at least two interfacing layers 22 makes it possible to generate more relief than in the case where a single interfacing layer 22 is present, which makes it possible to increase the contact surface with the electrode. 21, and therefore to improve the electrical contact between the substrate 20 and the electrode 21.
  • By modulating the compositions as well as the coverage rate of the at least two interfacing layers it is possible to shape the interfaces between the different layers. and to increase the electrochemical performance of the anode 16.
  • the composition of the first interfacing layer 22 can for example improve the adhesion of the electrode 21 to the substrate 20, while the composition of the second interfacing layer 22 would significantly increase the conductivity within the anode 16.
  • the interfacing layer 22 has roughness.
  • the interfacing layer 22 has a face which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20.
  • the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20 corresponds to the face 221 of FIG. 2, or to all of the faces 402 of the discrete elements 40 of Figure 3.
  • the roughness of the interfacing layer 22 represents the amplitude of the relief of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20.
  • the roughness of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20 is determined by measuring white light interferometry, for example using a non-contact surface topography station nanometer from the OptoSurf brand.
  • the topography station makes it possible to reconstruct the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20 in 2D and 3D to determine its roughness.
  • the roughness of the interfacing layer 22 is defined from at least two distinct zones of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20. For each zone, the roughness of the interfacing layer 22 is defined.
  • the amplitude of the reliefs Rt is determined, that is to say the distance between the highest point and the lowest point of said zone.
  • the roughness of the interfacing layer 22 is equal to the average, denoted Rtm, of at least two relief amplitude values Rt, each relief amplitude value Rt corresponding to a distinct zone of the face of the layer interface 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20.
  • the advantage of dividing the surface of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20 into at least two distinct zones for measuring the average of the amplitude of the reliefs is limit the uncertainty linked to a possible inhomogeneity of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20.
  • each distinct zone of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20 defined to determine the roughness of the interfacing layer 22 measures for example 40,000 ⁇ m 2 .
  • the roughness of the interfacing layer 22 is between 10 nm and 10 ⁇ m, preferably between 0.5 ⁇ m and 9 ⁇ m, preferably between 0.5 mhi and 8 mhi, more preferably between 0.5 pm and 6 pm, advantageously between 1 pm and 6 pm, more advantageously between 2 pm and 6 pm.
  • the roughness of the interfacing layer 22 makes it possible to generate better electrical percolation within the electrode 21 and to increase the electron exchange surface with the current collector 23.
  • the interfacing layer 22 has an coverage rate R (ci / s) of the first face 201 of the substrate 20 which is strictly less than 1.
  • R (ci / s) of the first face 201 of the substrate 20 is strictly less than 1.
  • the first face 201 of the substrate 20 is not thus not entirely covered by the interfacing layer 22.
  • the interfacing layer 22 has one face in contact with the first face 201 of the substrate 20.
  • the face of the interfacing layer 22 in contact with the first face 201 of the substrate 20 corresponds to the face 222 of Figure 2, or to the set of bases 401 of the discrete elements 40 of Figure 3.
  • the face in contact with the first face 201 of the substrate 20 has an area A22.
  • the first face 201 of the substrate 20 has an area A201.
  • the coverage rate R (ci / s) of the first face 201 of the substrate 20 corresponds to the ratio between the area A22 of the face in contact with the first face 201 of the substrate 20 and the area A201 of the first face 201 of the substrate 20, and is calculated according to the following formula:
  • the degree of recovery R (ci / s) is preferably greater than or equal to 0.1.
  • the coverage rate R (ci / s) is between 0.1 and 0.9, advantageously between 0.2 and 0.9.
  • Modulating the coverage rate of the first face 201 of the substrate 20 makes it possible to reduce the electrical resistance between the substrate 20 and the electrode 21 compared to the case where the substrate 20 is entirely covered by the interfacing layer 22 (coverage rate equal to 1).
  • the current collector 23 associated with the electrode 21 to form the anode 16 comprises two interfacing layers 22.
  • the first and second interface layers 22 have both a roughness as defined above, and a coverage rate of the first face 201 of the substrate 20 strictly less than 1.
  • the inventors believe that the fact that the electrons have at least four possible paths to go from the electrode 21 to the substrate 20 (by passing directly from the electrode 21 to the substrate 20 without passing through any interfacing layer, passing only through the first interfacing layer 22, passing only through the second interfacing layer 22 or passing through the two interfacing layers 22, as shown in Figure 9), each path having different conductivity characteristics allowing the electrons to take one or more paths in a preferential manner, the transmission of the electrons is improved.
  • the first face 201 of the substrate 20 is preferably substantially smooth.
  • substantially smooth is meant that the roughness of the surface of the substrate 20, measured using a profilometer, is less than or equal to 500 nm, preferably less than or equal to 200 nm, preferably less than or equal to 80 nm, more preferably less or equal to 50 nm, advantageously less than or equal to 20 nm.
  • the thickness e22 of the interfacing layer 22 is preferably between 10 nm and 10 ⁇ m. If the thickness of the interfacing layer 22 is thicker than 10 ⁇ m, the interfacing layer then occupies a volume and has too great a mass to the detriment of the materials constituting the electrode, which would induce a loss in density d energy within the electrochemical cell.
  • the minimum thickness of the interfacing layer 22 is controlled by the application process and / or the composition from which / from which it is obtained. For example, an interfacing layer produced by liquid coating may have a thickness greater than or equal to 100 nm.
  • the thickness e22 of the interfacing layer 22 is greater than or equal to 100 nm.
  • the thickness e22 of the interfacing layer 22 is between 0.5 ⁇ m and 6 ⁇ m.
  • the thickness of the interfacing layer 22 corresponds to the maximum thickness of said interfacing layer 22.
  • the presence of at least one interfacing layer 22 makes it possible to limit the deterioration as well as the delamination of the anode 16, caused by the volume expansion of the intercalation material of the electrode 21. This phenomenon is particularly present in silicon anodes, this active material being able to reach volume changes of 300%.
  • Example 1 Measurement of the roughness of the interfacing layer as a function of its composition The roughness of three different interfacing layers was measured.
  • the composition of these three interfacing layers differs in that the rate of fibers among the conductive additives is different in each of the layers, which makes it possible to assess the impact of the shape of these additives on the roughness of the layers of interfacing.
  • the compositions of the three interfacing layers are as follows: Formulation A: 0% w fibers for 100% w conductive additives
  • Formulation B 23% w fibers for 100% w conductive additives
  • Formulation C 39% w fibers per 100% w conductive additives The remainder of the conductive additives consists of egg-shaped particles.
  • the Rtm measurement corresponds to the average of the Rt measurements of each zone, the analysis surface of each interfacing layer being divided into 25 zones.
  • a characterization method has been developed to assess the quality of the adhesion of the interfacing layer to the substrate. For this, a peel strength characterization is performed on a substrate coated with one or more interfacing layers through an adhesive.
  • the protocol is as follows:
  • Sample A interfacing layer formed from a C2 composition whose content by mass of binder material is between 60% and 65%, the content by mass of conductive additive is between 35% and 40 %, deposited on a copper foil with a recovery rate of 0.9.
  • Sample B interfacing layer formed from a C3 composition whose content by mass of binder material is between 50% and 55%, the content by mass of conductive additive is between 45% and 50 %, deposited on a copper foil with a recovery rate of 0.27.
  • Sample C first interfacing layer formed from a C2 composition identical to that of the EchA sample, deposited on a copper sheet and formation of a second interfacing layer formed from a composition C3 identical to the EchB sample deposited on the interfacing layer of composition C2, thus forming a superposition of interfacing layers.
  • composition C2 The nature of the binder material and that of the conductive additive are the same between composition C2 and composition C3.
  • the peel resistance of the interfacing layers of the different samples was characterized using the protocol detailed above.
  • composition C3 It can also be assumed that a similar result would be obtained if the nature of the binder material of composition C3 was different from that of composition C2. Indeed, the choice of the binder material of composition C3 can be adapted for better compatibility with the composition of the electrode and the adhesion of this assembly to the metal sheet is ensured by composition C2. Thus, this shaping makes it possible to widen the choice of the binder material and / or of the conductive additive as well as their mass content in the composition of the interfacing layer in contact with the electrode because the latter is not not limited by its ability to adhere to the metal foil.
  • the electrochemical cells are made with the following successive layers:
  • the intercalation material M1 being Silicium S'tile, ML1 binding material of PAA (ThermoFisher Scientific), the conductive additive AC1 of SUPER P®-Li carbon (Imerys Graphite & Carbon )
  • a lithium metal counter-electrode A lithium metal counter-electrode.
  • a reference current collector (CCREF1), as a comparative example, composed of a copper sheet (Circuit Foil) with a thickness of 10 ⁇ m, without interfacing layer
  • a reference current collector 2 (CCREF2), as a second comparative example, composed of a copper foil (Circuit Foil) with a thickness of 10 ⁇ m, as well as an interfacing layer with a coverage rate of 1 (100%), composed of 45% conductive additive and 55% binder material, with a thickness of 3 ⁇ m, and a roughness of 0.5 ⁇ m.
  • a current collector composed of a copper sheet (Circuit Foil) with a thickness of 10 ⁇ m, as well as an interfacing layer structured in a network of plurality of elements arranged in staggered rows, of which the base of each element is a square, the coverage rate of 0.27 (i.e. 27% on the surface of the substrate), composed of 45% of conductive additive and 55% of material binder, with an element height of 3 ⁇ m.
  • a current collector composed of a copper sheet (Circuit Foil) with a thickness of 10 ⁇ m, as well as an interfacing layer structured in a network of a plurality of elements, of which the base of each element is a disk, the coverage rate of 0.21 (i.e. 21% on the surface of the substrate), composed of 45% conductive additive and 55% binder material, element height of 3 ⁇ m.
  • a current collector composed of a copper sheet (Circuit Foil) with a thickness of 10 ⁇ m, as well as an interfacing layer structured in a network of a plurality of elements arranged in staggered rows, the base of each element of which is a disk, the coverage rate of 0.27 (i.e. 27% on the surface of the substrate), composed of 45% of conductive additive and 55% of binder material, element height of 2 ⁇ m.
  • the electrochemical performances of the cells were characterized by a VMP3 multipotentiostat (Biology).
  • a training cycle between 1, 2 V and 10mV vs Li / Li + at the speed C / 20 was carried out in order to form the solid electrolyte interphase layer (SEI) on the silicon electrode and ensure that the electrode is functional.
  • SEI solid electrolyte interphase layer
  • EIS electrochemical impedance spectroscopy
  • Electrochemical impedance spectroscopy is a useful technique for studying electrochemical and physical phenomena at the current collector / electrode / electrolyte interfaces of the electrochemical cell. It is based on the study of the transfer function of these electrochemical systems in stationary and linear regimes. To place itself in these conditions with nonlinear systems, a low amplitude disturbance is applied around the operating point assumed to be quasi stationary (system at equilibrium). In this work, impedance measurements were performed by applying a sinusoidal potential disturbance with an amplitude of 5 mV around the equilibrium voltage of the system.
  • the impedance spectra obtained correspond to the different contributions within an electrochemical cell: contact resistances which may result from the assembly of the electrochemical cell and of the current collector, charge transfer resistance, diffusion Li + ions within the electrodes etc.
  • contact resistances which may result from the assembly of the electrochemical cell and of the current collector
  • charge transfer resistance which may result from the assembly of the electrochemical cell and of the current collector
  • diffusion Li + ions within the electrodes etc.
  • R EIS also called impedance

Abstract

The present invention concerns a current connector (23) for an anode (16), the current collector (23) comprising: - a substrate (20) having a first face (201), and - at least one interfacing layer (22) having a thickness less than an 10 micrometres, preferably less than 6 micrometres, in contact with the first face (201) of the substrate (20), the interfacing layer (22) having a roughness the depth of which is between 0.5 micrometres and 10 micrometres.

Description

Collecteur de courant pour anode au silicium Current collector for silicon anode
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne un collecteur de courant pour anode. L’invention se rapporte aussi à un accumulateur et à un dispositif de stockage d’énergie comportant un tel collecteur de courant. L’invention concerne également un procédé de fabrication de ce collecteur de courant. The present invention relates to a current collector for an anode. The invention also relates to an accumulator and to an energy storage device comprising such a current collector. The invention also relates to a method of manufacturing this current collector.
La présente invention concerne également une anode pour accumulateur électrochimique. L’invention se rapporte aussi à un accumulateur et à un dispositif de stockage d’énergie comportant une telle anode. L’invention concerne également un procédé de fabrication de cette anode. The present invention also relates to an anode for an electrochemical accumulator. The invention also relates to an accumulator and to an energy storage device comprising such an anode. The invention also relates to a method of manufacturing this anode.
ARRIERE-PLAN DE L’INVENTION BACKGROUND OF THE INVENTION
Un accumulateur électrochimique comprend classiquement une électrode positive, une électrode négative, un électrolyte et des collecteurs de courant pour chaque électrode. L’ensemble d’une électrode négative et d’un collecteur de courant forme une anode tandis que l’ensemble d’une électrode positive et d’un collecteur de courant forme une cathode. An electrochemical accumulator conventionally comprises a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte and current collectors for each electrode. The assembly of a negative electrode and a current collector forms an anode while the assembly of a positive electrode and a current collector forms a cathode.
Le principe de fonctionnement de tels accumulateurs se base sur le stockage réversible de l'énergie électrique en énergie chimique par la mise en œuvre de deux réactions électrochimiques séparées et couplées. Les électrodes positive et négative baignent dans l’électrolyte et sont le siège de réactions électrochimiques, dites faradiques. Les électrodes sont notamment réalisées en des matériaux actifs permettant de stocker et de déstocker les ions via des réactions d’oxydation et de réduction. The operating principle of such accumulators is based on the reversible storage of electrical energy into chemical energy by the implementation of two separate and coupled electrochemical reactions. The positive and negative electrodes are bathed in the electrolyte and are the site of electrochemical reactions, known as faradic reactions. The electrodes are made in particular of active materials making it possible to store and de-stock ions via oxidation and reduction reactions.
Les électrodes sont réalisées selon une composition, la composition comportant principalement un ou plusieurs matériau(x) actif(s) (>70% en masse), des particules conductrices assurant un bon transport des électrons vers l’ensemble des matériaux actifs, et un liant qui permet d’assurer la cohésion des particules, ainsi que l’adhésion au collecteur de courant. The electrodes are made according to a composition, the composition mainly comprising one or more active material (s) (> 70% by mass), conductive particles ensuring good transport of electrons to all the active materials, and a binder which ensures the cohesion of the particles, as well as the adhesion to the current collector.
Ensuite les deux électrodes, positives et négatives, sont reliées ioniquement par un électrolyte. Celui-ci peut être liquide, sous forme de gel ou encore solide. Then the two electrodes, positive and negative, are ionically connected by an electrolyte. This can be liquid, in the form of a gel or else a solid.
De par le fonctionnement intrinsèque de migration des ions des accumulateurs, les électrodes ont besoin de matériaux capables d’insérer et/ou de désinsérer les ions. Les technologies lithium présentent les meilleures caractéristiques en termes de densités d’énergie massique et volumique. Ces technologies sont donc préférentiellement choisies pour des applications nomades, telles que la téléphonie mobile ou les ordinateurs portables mais aussi pour le développement de nouveaux véhicules électriques (EV) et systèmes stationnaires (ESS) nécessitant de grandes capacités de stockage et longues durées de vie. Due to the intrinsic ion migration function of accumulators, the electrodes need materials capable of inserting and / or deinserting ions. Lithium technologies have the best characteristics in terms of specific and volume energy densities. These technologies are therefore preferably chosen for nomadic applications, such as mobile telephony or laptops. but also for the development of new electric vehicles (EV) and stationary systems (ESS) requiring large storage capacities and long lifetimes.
Le silicium, en tant que matériau actif de l'anode, a une capacité de stockage des ions lithium supérieure à celle du graphite. Lors des premiers cycles d’utilisation, l'électrolyte liquide et le lithium se déposent à la surface de la matière active et se décomposent en formant une couche, appelée interphase à électrolyte solide (SEI). Le lithium déposé à cet endroit n'est plus disponible pour transporter les ions lithium entre les électrodes. Silicon, as the active material of the anode, has a storage capacity for lithium ions greater than that of graphite. During the first cycles of use, the liquid electrolyte and lithium settle on the surface of the active material and break down to form a layer, called solid electrolyte interphase (SEI). The lithium deposited there is no longer available to transport lithium ions between the electrodes.
Toutefois, les anodes silicium peuvent être endommagées par des déformations et fractionnement de la matière active, provoqués par des changements de volume pouvant atteindre 300%. En effet, pendant le fonctionnement de la cellule, lorsque les ions lithium sont intercalés, la matière active de l’anode se dilate, et lorsque les ions lithium sont désintercalés, la matière active se contracte. De tels changements de volume peuvent également générer un écaillage, ou écaillement de la SEI et une nouvelle décomposition de l'électrolyte, accompagnée d'un dépôt supplémentaire de lithium, entraînant la formation d’une nouvelle SEI. However, silicon anodes can be damaged by deformation and fractionation of the active material, caused by volume changes of up to 300%. Indeed, during cell operation, when lithium ions are intercalated, the active material of the anode expands, and when lithium ions are de-intercalated, the active material contracts. Such changes in volume can also generate spalling, or flaking, of the SEI and further decomposition of the electrolyte, accompanied by further deposition of lithium, resulting in the formation of a new SEI.
RESUME DE L’INVENTION SUMMARY OF THE INVENTION
Il existe donc un besoin pour une anode pour accumulateur électrochimique permettant d’obtenir un accumulateur électrochimique avec une durée de vie plus longue. There is therefore a need for an anode for an electrochemical accumulator making it possible to obtain an electrochemical accumulator with a longer life.
Il existe également un besoin pour un collecteur de courant pour anode permettant d’obtenir des propriétés améliorées, notamment une meilleure adhésion avec l’électrode et/ou la résistance électrique diminuée entre le substrat et l’électrode. There is also a need for an anode current collector which provides improved properties, in particular better adhesion with the electrode and / or reduced electrical resistance between the substrate and the electrode.
A cet effet, il est proposé un collecteur de courant pour anode, le collecteur de courant comportant : For this purpose, a current collector is proposed for an anode, the current collector comprising:
- un substrat présentant une première face, et - a substrate having a first face, and
- au moins une couche d’interfaçage présentant une épaisseur inférieure à 10 micromètres, préférentiellement inférieure à 6 micromètres, en contact avec la première face du substrat, la couche d’interfaçage présentant une rugosité dont la profondeur est comprise entre 0,5 micromètre et 10 micromètres. - at least one interfacing layer having a thickness less than 10 micrometers, preferably less than 6 micrometers, in contact with the first face of the substrate, the interfacing layer having a roughness whose depth is between 0.5 micrometers and 10 micrometers.
Un tel collecteur présente des propriétés améliorées que ce soit en termes d’adhésion et/ou de résistance électrique diminuée. Such a collector has improved properties, whether in terms of adhesion and / or reduced electrical resistance.
Il est à noter que ces performances sont meilleures si une ou plusieurs couches d’interfaçage sont ajoutées entre un substrat et une couche d’électrode pour améliorer l’adhérence entre ces deux éléments et/ou pour diminuer les contraintes mécaniques au sein de l’électrode. Il est connu par exemple des documents US 2012/107684, WO 2009/054987, US 2009/0061319 et US 2017/271678 une telle technique. It should be noted that these performances are better if one or more interfacing layers are added between a substrate and an electrode layer in order to improve the adhesion between these two elements and / or to reduce the mechanical stresses on the surface. within the electrode. Such a technique is known for example from documents US 2012/107684, WO 2009/054987, US 2009/0061319 and US 2017/271678.
Cependant, même si une couche d’interfaçage confère une bonne adhésion de l’électrode sur le substrat, et de ce fait une meilleure interface électrique, elle ajoute une résistance électrique en son sein due à la limite en conductivité de ses composants. However, even though an interfacing layer provides good adhesion of the electrode to the substrate, and therefore a better electrical interface, it adds electrical resistance within it due to the limit in conductivity of its components.
La rugosité de la couche d’interfaçage du présent collecteur permet de résoudre ce problème technique, notamment en générant une meilleure percolation électrique au sein de l’électrode et en augmentant la surface d’échange d’électrons avec le collecteur de courant. The roughness of the interfacing layer of the present collector solves this technical problem, in particular by generating better electrical percolation within the electrode and by increasing the electron exchange surface with the current collector.
Il convient de remarquer qu’il ne s’agit pas d’une couche de revêtement dont l’état de surface reproduit uniquement celui du substrat sur lequel elle est déposée, comme décrit dans le document US 2013/0115510, mais bien d’une couche présentant son propre état de surface. Cet état de surface est maîtrisé et modulable, par exemple grâce à la composition de la couche, afin d'obtenir les meilleures performances électrochimiques. It should be noted that this is not a coating layer whose surface state reproduces only that of the substrate on which it is deposited, as described in document US 2013/0115510, but rather a layer with its own surface finish. This surface condition is controlled and adjustable, for example by virtue of the composition of the layer, in order to obtain the best electrochemical performance.
Suivant des modes de réalisation particuliers, le collecteur de courant comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : According to particular embodiments, the current collector comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
- la couche d’interfaçage présente une deuxième face en contact avec la première face du substrat, la deuxième face de la couche d’interfaçage présentant une aire et la première face du substrat présentant une aire, le ratio entre l’aire de la deuxième face de la couche d’interfaçage et l’aire la première face du substrat étant compris entre 0,1 et 1. the interfacing layer has a second face in contact with the first face of the substrate, the second face of the interfacing layer having an area and the first face of the substrate having an area, the ratio between the area of the second face of the interfacing layer and the area of the first face of the substrate being between 0.1 and 1.
- la couche d’interfaçage est réalisée par enduction d’une deuxième composition, la deuxième composition comprenant un deuxième matériau liant et un deuxième additif conducteur. - the interfacing layer is produced by coating with a second composition, the second composition comprising a second binder material and a second conductive additive.
- la couche d’interfaçage consiste en un réseau comportant une pluralité d’éléments disposés sur la première face du substrat, chaque élément étant séparé d’un autre élément adjacent par d’une distance comprise entre 200 micromètres et 2500 micromètres, la distance séparant deux éléments adjacents étant la plus petite distance entre un point d’un élément et un point d’un deuxième élément adjacent au premier élément. - the interfacing layer consists of a network comprising a plurality of elements arranged on the first face of the substrate, each element being separated from another adjacent element by a distance between 200 micrometers and 2500 micrometers, the distance separating two adjacent elements being the smallest distance between a point of an element and a point of a second element adjacent to the first element.
- la couche d’interfaçage est réalisée par enduction d’une troisième composition, la troisième composition comprenant un troisième additif conducteur et éventuellement un troisième matériau liant. - the interfacing layer is produced by coating with a third composition, the third composition comprising a third conductive additive and optionally a third binder material.
- chaque élément présente une base, la base de chaque élément étant un polygone ou un disque ou un ovale. - la base des éléments de la couche d’interfaçage présente un taux de recouvrement de la première face du substrat compris entre 0,1 et 0,9, préférentiellement entre 0,2 et 0,5. - each element has a base, the base of each element being a polygon or a disc or an oval. the base of the elements of the interfacing layer has a degree of coverage of the first face of the substrate of between 0.1 and 0.9, preferably between 0.2 and 0.5.
- chaque élément présente une hauteur inférieure ou égale à 10 micromètres.- each element has a height less than or equal to 10 micrometers.
- le collecteur de courant comprend au moins une première couche d’interfaçage, la première couche d’interfaçage présentant une deuxième face en contact avec la première face du substrat, la deuxième face de la couche d’interfaçage présentant une aire et la première face du substrat présentant une aire, le ratio entre l’aire de la deuxième face de la couche d’interfaçage et l’aire de la première face du substrat étant compris entre 0,1 et 1. Le collecteur de courant comprend au moins une deuxième couche d’interfaçage, la deuxième couche d’interfaçage consistant en un réseau comportant une pluralité d’éléments disposés sur la première face du substrat, chaque élément étant séparé d’un autre élément adjacent par d’une distance comprise entre 200 micromètres et 2500 micromètres, la distance séparant deux éléments adjacents étant la plus petite distance entre un point d’un premier élément et un point d’un deuxième élément adjacent au premier élément, la première couche d’interfaçage et la deuxième couche d’interfaçage étant superposées l’une sur l’autre. - the current collector comprises at least a first interfacing layer, the first interfacing layer having a second face in contact with the first face of the substrate, the second face of the interfacing layer having an area and the first face of the substrate having an area, the ratio between the area of the second face of the interfacing layer and the area of the first face of the substrate being between 0.1 and 1. The current collector comprises at least a second interfacing layer, the second interfacing layer consisting of an array comprising a plurality of elements disposed on the first face of the substrate, each element being separated from another adjacent element by a distance between 200 micrometers and 2,500 micrometers, the distance separating two adjacent elements being the smallest distance between a point of a first element and a point of a second element adjacent to the first element, the first interfacing layer and the second interfacing layer being superimposed on top of each other.
La présente description se rapporte également à un accumulateur électrochimique comportant un collecteur de courant tel que décrit précédemment. The present description also relates to an electrochemical accumulator comprising a current collector as described above.
La présente description se rapporte aussi à un procédé de fabrication d’un collecteur de courant pour anode, le procédé comportant : This description also relates to a method of manufacturing a current collector for an anode, the method comprising:
- une étape de fourniture d’un substrat présentant une première face, et - a step of providing a substrate having a first face, and
- une étape de dépôt par enduction sur la première face du substrat d’au moins une couche d’interfaçage, la couche d’interfaçage présentant une épaisseur inférieure à 10 micromètres, préférentiellement inférieure à 6 micromètres, la couche d’interfaçage présentant une rugosité dont la profondeur est comprise entre 0,5 micromètre et 10 micromètres. a step of depositing by coating on the first face of the substrate at least one interfacing layer, the interfacing layer having a thickness less than 10 micrometers, preferably less than 6 micrometers, the interfacing layer having a roughness the depth of which is between 0.5 micrometers and 10 micrometers.
Il est également proposé une anode pour accumulateur électrochimique, l’anode comportant un substrat présentant une première face, une électrode réalisée selon une première composition, la première composition comportant un matériau d’intercalation, un premier matériau liant et un premier additif conducteur, le matériau d’intercalation comprenant du silicium. L’électrode présente une face, la première face du substrat et la face de l’électrode étant en regard. L’anode comporte au moins une couche d’interfaçage présentant une épaisseur inférieure à 10 micromètres, préférentiellement inférieure à 6 micromètres, disposée entre le substrat et l’électrode et en contact avec la première face du substrat et la face de l’électrode. An anode for an electrochemical accumulator is also proposed, the anode comprising a substrate having a first face, an electrode produced according to a first composition, the first composition comprising an intercalation material, a first binder material and a first conductive additive, the intercalation material comprising silicon. The electrode has one face, the first face of the substrate and the face of the electrode being opposite. The anode comprises at least one interfacing layer having a thickness less than 10 micrometers, preferably less than 6 micrometers, disposed between the substrate and the electrode and in contact with the first face of the substrate and the face of the electrode.
Suivant des modes de réalisation particuliers, l’anode comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : According to particular embodiments, the anode comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
- la couche d’interfaçage présente une première face en contact avec la face de l’électrode, la première face de la couche d’interfaçage présentant une rugosité dont la profondeur est comprise entre 10 nanomètres et 10 micromètres. - the interfacing layer has a first face in contact with the face of the electrode, the first face of the interfacing layer having a roughness the depth of which is between 10 nanometers and 10 micrometers.
- la couche d’interfaçage présente une deuxième face en contact avec la première face du substrat, la deuxième face de la couche d’interfaçage présentant une aire et la première face du substrat présentant une aire, le ratio entre l’aire de la deuxième face de la couche d’interfaçage et l’aire la première face du substrat étant compris entre 0,1 et 1 . the interfacing layer has a second face in contact with the first face of the substrate, the second face of the interfacing layer having an area and the first face of the substrate having an area, the ratio between the area of the second face of the interfacing layer and the area of the first face of the substrate being between 0.1 and 1.
- la couche d’interfaçage est réalisée par enduction d’une deuxième composition, la deuxième composition comprenant un deuxième matériau liant et un deuxième additif conducteur. - the interfacing layer is produced by coating with a second composition, the second composition comprising a second binder material and a second conductive additive.
- la couche d’interfaçage consiste en un réseau comportant une pluralité d’éléments disposés sur la première face du substrat, chaque élément étant séparé d’un autre élément adjacent par d’une distance comprise entre 200 micromètres et 2500 micromètres, la distance séparant deux éléments adjacents étant la plus petite distance entre un point d’un élément et un point d’un deuxième élément adjacent au premier élément. - the interfacing layer consists of a network comprising a plurality of elements arranged on the first face of the substrate, each element being separated from another adjacent element by a distance between 200 micrometers and 2500 micrometers, the distance separating two adjacent elements being the smallest distance between a point of an element and a point of a second element adjacent to the first element.
- la couche d’interfaçage est réalisée par enduction d’une troisième composition, la troisième composition comprenant un troisième additif conducteur et éventuellement un troisième matériau liant. - the interfacing layer is produced by coating with a third composition, the third composition comprising a third conductive additive and optionally a third binder material.
- chaque élément présente une base, la base de chaque élément étant un polygone ou un disque ou un ovale. - each element has a base, the base of each element being a polygon or a disc or an oval.
- la base des éléments de la couche d’interfaçage présente un taux de recouvrement de la première face du substrat compris entre 0,1 et 0,9, préférentiellement entre 0,2 et 0,5. - the base of the elements of the interfacing layer has a coverage rate of the first face of the substrate of between 0.1 and 0.9, preferably between 0.2 and 0.5.
- chaque élément présente une hauteur inférieure ou égale à 10 micromètres.- each element has a height less than or equal to 10 micrometers.
- l’anode comprend au moins une première couche d’interfaçage, la première couche d’interfaçage présentant une première face en contact avec la face de l’électrode, la première face de la couche d’interfaçage présentant une rugosité dont la profondeur est comprise entre 10 nanomètres et 10 micromètres. L’anode comprend au moins une deuxième couche d’interfaçage, la deuxième couche d’interfaçage consistant en un réseau comportant une pluralité d’éléments disposés sur la première face du substrat, chaque élément étant séparé d’un autre élément adjacent par d’une distance comprise entre 200 micromètres et 2500 micromètres, la distance séparant deux éléments adjacents étant la plus petite distance entre un point d’un premier élément et un point d’un deuxième élément adjacent au premier élément. La première couche d’interfaçage et la deuxième couche d’interfaçage étant superposées l’une sur l’autre. - the anode comprises at least a first interfacing layer, the first interfacing layer having a first face in contact with the face of the electrode, the first face of the interfacing layer having a roughness the depth of which is between 10 nanometers and 10 micrometers. The anode comprises at least a second interfacing layer, the second layer interface consisting of an array comprising a plurality of elements arranged on the first face of the substrate, each element being separated from another adjacent element by a distance between 200 micrometers and 2500 micrometers, the distance separating two adjacent elements being the smallest distance between a point of a first element and a point of a second element adjacent to the first element. The first interfacing layer and the second interfacing layer being superimposed on one another.
- la teneur en silicium du matériau d’intercalation est supérieure ou égale à 30%, de préférence supérieure ou égale à 60% en masse. - The silicon content of the intercalation material is greater than or equal to 30%, preferably greater than or equal to 60% by mass.
- le matériau d’intercalation est du silicium. - the intercalation material is silicon.
La présente description se rapporte également à un accumulateur électrochimique comportant une anode telle que décrite précédemment. The present description also relates to an electrochemical accumulator comprising an anode as described above.
La présente description décrit aussi un dispositif de stockage d’énergie comportant au moins un accumulateur électrochimique tel que décrit précédemment. The present description also describes an energy storage device comprising at least one electrochemical accumulator as described above.
La présente description se rapporte aussi à un procédé de fabrication d’une anode pour accumulateur électrochimique, le procédé comprenant une étape de fourniture d’un substrat présentant une première face, une étape de dépôt par enduction sur la première face du substrat d’au moins une couche d’interfaçage, la couche d’interfaçage présentant une épaisseur inférieure à 10 micromètres, préférentiellement inférieure à 6 micromètres. Le procédé comportant, en outre, une étape de préparation d’une première composition comportant un matériau d’intercalation, un premier matériau liant et un premier additif conducteur, le matériau d’intercalation comprenant du silicium, et une étape de dépôt par enduction de la première composition sur la couche d’interfaçage pour obtenir une électrode présentant une face, la première face du substrat et la face de l’électrode étant en regard, et la couche d’interfaçage étant en contact avec la première face du substrat et la face de l’électrode. The present description also relates to a method of manufacturing an anode for an electrochemical accumulator, the method comprising a step of providing a substrate having a first face, a step of depositing by coating on the first face of the substrate with less one interfacing layer, the interfacing layer having a thickness less than 10 micrometers, preferably less than 6 micrometers. The method further comprising a step of preparing a first composition comprising an intercalation material, a first binder material and a first conductive additive, the intercalation material comprising silicon, and a step of deposition by coating of the first composition on the interfacing layer to obtain an electrode having one face, the first face of the substrate and the face of the electrode being opposite, and the interfacing layer being in contact with the first face of the substrate and the face of the electrode.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the following description of embodiments of the invention, given by way of example only and with reference to the drawings which are:
- figure 1 , une représentation schématique d’un accumulateur électrochimique comportant une anode, - Figure 1, a schematic representation of an electrochemical accumulator comprising an anode,
- figure 2, une représentation schématique de côté d’une section de l’anode de l’accumulateur électrochimique comportant une couche d’interfaçage, - figure 3, une représentation schématique de côté d’une section d’un autre exemple d’anode de l’accumulateur électrochimique comportant un autre exemple de couche d’interfaçage, - Figure 2, a schematic side view of a section of the anode of the electrochemical accumulator comprising an interfacing layer, FIG. 3, a schematic side view of a section of another example of an anode of the electrochemical accumulator comprising another example of an interfacing layer,
- figure 4, une représentation schématique du dessus d’une section d’une partie de la couche d’interfaçage d’un exemple d’anode, - Figure 4, a schematic representation of the top of a section of part of the interfacing layer of an example anode,
- figure 5, une représentation schématique du dessus d’une section d’une partie de la couche d’interfaçage d’un autre exemple d’anode, - Figure 5, a schematic representation of the top of a section of part of the interfacing layer of another example of anode,
- figure 6, une représentation schématique du dessus d’une section d’une partie de la couche d’interfaçage d’encore un autre exemple d’anode, - Figure 6, a schematic representation of the top of a section of part of the interfacing layer of yet another example of anode,
- figure 7, une représentation schématique du dessus d’une section d’une partie de la couche d’interfaçage d’encore un autre exemple d’anode, et - Figure 7, a schematic representation of the top of a section of part of the interfacing layer of yet another example of anode, and
- figure 8, une représentation schématique de côté d’une section d’un autre exemple d’anode de l’accumulateur électrochimique comportant deux couches d’interfaçage.- Figure 8, a schematic side view of a section of another exemplary anode of the electrochemical accumulator comprising two interfacing layers.
- figure 9, une représentation schématique de côté d’une section d’un autre exemple d’anode de l’accumulateur électrochimique comportant deux couches d’interfaçage. - Figure 9, a schematic side view of a section of another exemplary anode of the electrochemical accumulator comprising two interfacing layers.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION Un accumulateur 10 électrique est représenté sur la figure 1. DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS An electric accumulator 10 is shown in FIG. 1.
L’accumulateur 10 est destiné à être relié à d’autres accumulateurs électriques pour former un dispositif de stockage d’énergie, notamment un générateur électrique de tension et de capacité désirées. The accumulator 10 is intended to be connected to other electric accumulators to form an energy storage device, in particular an electric generator of the desired voltage and capacity.
Un tel générateur est appelé batterie d'accumulateurs ou plus simplement une batterie. Such a generator is called an accumulator battery or more simply a battery.
L’accumulateur 10 utilise une technique de conversion réversible d’énergie pour stocker l’énergie et la restituer ultérieurement. Accumulator 10 uses a reversible energy conversion technique to store energy and release it later.
L’accumulateur 10 décrit utilisant une réaction électrochimique, l’accumulateur 10 est un accumulateur électrochimique. The described accumulator 10 using an electrochemical reaction, accumulator 10 is an electrochemical accumulator.
Selon l’exemple décrit, l’accumulateur 10 est un accumulateur lithium-ion destiné à une batterie lithium-ion. According to the example described, the accumulator 10 is a lithium-ion accumulator for a lithium-ion battery.
L’accumulateur 10 comporte un électrolyte 12, une cathode 14 et une anode 16. L’accumulateur 10 fonctionne comme un accumulateur électrochimique grâce à l’interaction entre l’électrolyte 12, la cathode 14 et l’anode 16. Accumulator 10 has an electrolyte 12, a cathode 14 and an anode 16. Accumulator 10 functions as an electrochemical accumulator through the interaction between electrolyte 12, cathode 14 and anode 16.
L’électrolyte 12 est composé de différents sels ioniques apportant des ions servant aux réactions de stockage de charges ou faradiques, de carbonates et d’un solvant ou mélange de solvants pour permettre la solubilisation des ions. Les sels ioniques sont choisis parmi l’hexafluorophosphate de lithium (LiPFe), le sel de lithium bis (trifluorométhane sulfonyl)imide (LiTFSI), le tétrafluoroborate de lithium (LiBF ), le bis oxalate borate de lithium (LiBOB), le nitrate de lithium (L1NO3) et le difluorooxalatoborate de lithium (LiDFOB). The electrolyte 12 is composed of various ionic salts providing ions used for the storage reactions of charges or faradics, of carbonates and of a solvent or mixture of solvents to allow the solubilization of the ions. The ionic salts are chosen from lithium hexafluorophosphate (LiPFe), lithium bis (trifluoromethane sulfonyl) imide salt (LiTFSI), lithium tetrafluoroborate (LiBF), lithium bis oxalate borate (LiBOB), sodium nitrate. lithium (L1NO 3 ) and lithium difluorooxalatoborate (LiDFOB).
Les carbonates sont, par exemple, le carbonate de propylène (PC), le carbonate d’éthylène (EC), carbonate de diméthyle (DMC), le carbonate d’éthyle méthyle (EMC) et le carbonate de diéthyle (DEC). The carbonates are, for example, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC) and diethyl carbonate (DEC).
Les carbohydrates sont également, en plus faible proportion, le carbonate de fluoroéthylene (FEC), le carbonate de vinylène (VC), l’acétate de méthyle, le formate de méthyle, l’acétonitrile, le tétrahydrofurane, la gamma-butyrolactone, et des mélanges binaires ou ternaires, voire même quaternaires de ceux-ci, ainsi que des liquides ioniques. Carbohydrates are also, in smaller proportions, fluoroethylene carbonate (FEC), vinylene carbonate (VC), methyl acetate, methyl formate, acetonitrile, tetrahydrofuran, gamma-butyrolactone, and binary or ternary mixtures, or even quaternary mixtures thereof, as well as ionic liquids.
La cathode 14 comporte une matière active. Cathode 14 comprises an active material.
La matière active de la cathode 14 est classiquement composée de lithium soufre (LiS) et/ou d’au moins un oxyde métallique lithié, l’oxyde métallique lithié étant choisi par exemple parmi l’oxyde de lithium-cobalt L1C0O2 (LCO), l’oxyde de lithium-nickel-cobalt- manganèse LiNiMnCoC>2 (NMC), l’oxyde de lithium-nickel-cobalt-aluminium LiNiCoAI02 (NCA), l’oxyde de lithium-manganèse LiMnC (LMO), l’oxyde de lithium-fer-phosphore LiFePC (LFP), l’oxyde de lithium-nickel-manganèse Li(LiNiMn)C>2 , le lithium manganèse fer phosphate (LMFP) et l’oxyde de lithium-nickel-manganèse LiNiMnO (LNMO). The active material of the cathode 14 is conventionally composed of lithium sulfur (LiS) and / or of at least one lithiated metal oxide, the lithiated metal oxide being chosen for example from lithium-cobalt oxide L1COO2 (LCO), lithium-nickel-cobalt-manganese oxide LiNiMnCoC> 2 (NMC), lithium-nickel-cobalt-aluminum oxide LiNiCoAI0 2 (NCA), lithium manganese oxide LiMnC (LMO), oxide lithium iron phosphorus LiFePC (LFP), lithium nickel manganese oxide Li (LiNiMn) C> 2, lithium manganese iron phosphate (LMFP) and lithium nickel manganese oxide LiNiMnO (LNMO) .
D’autre exemples de matière active de la cathode 14 sont possibles, par exemple celles adaptées aux batteries sodium-ion. Other examples of the active material of the cathode 14 are possible, for example those suitable for sodium-ion batteries.
L’anode 16 est représentée plus en détail sur la figure 2. The anode 16 is shown in more detail in Figure 2.
L’anode 16 comporte un substrat 20, une électrode 21 et une couche d’interfaçage 22. The anode 16 has a substrate 20, an electrode 21 and an interfacing layer 22.
Le substrat 20, l’électrode 21 et la couche d’interfaçage 22 forment un empilement de couches selon une direction d’empilement notée Z, la couche d’interfaçage 22 étant disposée entre le substrat 20 et l’électrode 21. The substrate 20, the electrode 21 and the interfacing layer 22 form a stack of layers in a stacking direction denoted Z, the interfacing layer 22 being disposed between the substrate 20 and the electrode 21.
Le substrat 20, la couche d’interfaçage 22 et l’électrode 21 sont superposés. The substrate 20, the interfacing layer 22 and the electrode 21 are superimposed.
Le substrat 20 et la couche d’interfaçage 22 forment un collecteur de courant de l’anode 16. Substrate 20 and interfacing layer 22 form an anode 16 current collector.
Le substrat 20 et la couche d’interfaçage 22 forment le collecteur de courant 23.Substrate 20 and interfacing layer 22 form current collector 23.
Dans toute la description, chaque caractéristique ou mode de réalisation concerne indifféremment l’anode 16 ou le collecteur de courant 23. Throughout the description, each characteristic or embodiment relates equally to the anode 16 or the current collector 23.
Le substrat 20 présente une première face 201 perpendiculaire à la direction d’empilement Z. Le substrat 20 présente une épaisseur e20 comprise entre 1 et 20 micromètres (pm), de préférence égale à 10 pm, l’épaisseur e20 étant mesurée selon la direction d’empilement Z. The substrate 20 has a first face 201 perpendicular to the stacking direction Z. The substrate 20 has a thickness e20 of between 1 and 20 micrometers (pm), preferably equal to 10 pm, the thickness e20 being measured according to the stacking direction Z.
Pour toute la suite, il est entendu par « une valeur est comprise entre A et B » que la valeur est supérieure ou égale à A et inférieure ou égale à B. Throughout what follows, it is understood by "a value is between A and B" that the value is greater than or equal to A and less than or equal to B.
Pour toute la suite, il est entendu que la valeur de l’épaisseur e d’une couche est mesurée selon la direction d’empilement Z. For what follows, it is understood that the value of the thickness e of a layer is measured according to the stacking direction Z.
Le substrat 20 comporte un feuillet métallique 35. The substrate 20 comprises a metal sheet 35.
Le feuillet métallique 35 est par exemple en fer, en cuivre, en aluminium, en nickel, en titane ou en acier inoxydable. The metal sheet 35 is for example made of iron, copper, aluminum, nickel, titanium or stainless steel.
L’électrode 21 est en contact avec l’électrolyte 12 de l’accumulateur 10. The electrode 21 is in contact with the electrolyte 12 of the accumulator 10.
L’électrode 21 présente une face 212 perpendiculaire à la direction d’empilement Z.The electrode 21 has a face 212 perpendicular to the stacking direction Z.
La face 212 de l’électrode 21 est en regard de la première face 201 du substrat 20.The face 212 of the electrode 21 is opposite the first face 201 of the substrate 20.
L’électrode 21 est disposée sur la couche d’interfaçage 22. The electrode 21 is disposed on the interfacing layer 22.
L’électrode 21 présente une épaisseur e21 comprise entre 10 pm et 150 pm. The electrode 21 has a thickness e21 of between 10 μm and 150 μm.
L’électrode 21 est formée par dépôt d’une première composition C1 sur la couche d’interfaçage 22. De préférence, l’électrode 21 est formée par enduction de la première composition C1 sur la couche d’interfaçage 22. The electrode 21 is formed by depositing a first composition C1 on the interfacing layer 22. Preferably, the electrode 21 is formed by coating the first composition C1 on the interfacing layer 22.
La première composition C1 comporte un matériau d’intercalation Ml, un premier matériau liant ML1 et un premier additif conducteur AC1. The first composition C1 comprises an intercalation material M1, a first binder material ML1 and a first conductive additive AC1.
Le matériau d’intercalation est aussi désigné sous le terme « matériau actif ».The intercalation material is also referred to as the "active material".
Le matériau d’intercalation Ml comprend au moins du silicium. La teneur en silicium dans le matériau d’intercalation Ml est supérieure ou égale à 30% en masse du matériau d’intercalation Ml, de préférence supérieure ou égale à 60% en masse du matériau d’intercalation Ml, et est avantageusement égale à 100% en masse du matériau d’intercalation Ml. The M1 intercalation material comprises at least silicon. The silicon content in the intercalation material M1 is greater than or equal to 30% by mass of the intercalation material M1, preferably greater than or equal to 60% by mass of the intercalation material M1, and is advantageously equal to 100 % by mass of intercalation material Ml.
Le silicium du matériau d’intercalation Ml se présente sous la forme d’une particule globalement sphérique présentant un diamètre compris entre 5 nanomètres (nm) et 500 nm, de préférence compris entre 10 nm et 200 nm. Alternativement, le silicium du matériau d’intercalation Ml se présente sous la forme de flocons ou de fibres. Le silicium du matériau d’intercalation Ml peut être enrobé de carbone. Lorsque la teneur en silicium dans le premier matériau d’intercalation MI1 est strictement inférieure à 100%, le matériau d’intercalation Ml comprend, en outre, un matériau choisi parmi les microperles en mésophase, communément désignées par la dénomination anglaise « MesoCarbon MicroBeads » (MCMB), les graphites artificiels ou naturels, les matériaux graphitiques comme le carbone doux (plus connu sous sa dénomination anglaise « soft carbon ») ou le carbone dur (plus connu sous sa dénomination anglaise « hard carbon »), les composés à base de titanate lithiés, comme le mTi50i2 (aussi désigné par l’acronyme LTO) et les composés à base de silicium, d’étain ou d’alliages. The silicon of the intercalation material M1 is in the form of a globally spherical particle having a diameter of between 5 nanometers (nm) and 500 nm, preferably between 10 nm and 200 nm. Alternatively, the silicon of the intercalation material M1 is in the form of flakes or fibers. The silicon of the intercalation material M1 can be coated with carbon. When the silicon content in the first intercalation material MI1 is strictly less than 100%, the intercalation material M1 further comprises a material chosen from mesophase microbeads, commonly designated by the English name “MesoCarbon MicroBeads”. (MCMB), artificial or natural graphites, graphitic materials such as soft carbon (better known by its English name "soft carbon") or hard carbon (better known by its English name "hard carbon"), compounds based on lithiated titanate, such as mTi 5 0i 2 (also designated by the acronym LTO) and compounds based on silicon, tin or alloys.
La première composition C1 comprend une teneur en masse en matériau d’intercalation Ml supérieure ou égale à 50%, de préférence supérieure ou égale à 60%, avantageusement comprise entre 60% et 93%, par rapport à la masse de la composition C1. The first composition C1 comprises a mass content of intercalation material M1 greater than or equal to 50%, preferably greater than or equal to 60%, advantageously between 60% and 93%, relative to the mass of composition C1.
Le silicium de l’électrode 21 se présente sous la forme d’une dispersion de particules de silicium pur et/ou d’oxyde de silicium SiOx au sein du matériau de l’anode 16 (x étant un entier égal à 1 ou 2). Les particules de silicium et/ou d’oxyde de silicium de l’électrode 21 ne sont pas liées de manière covalente à un autre élément chimique, comme à de l’hydrogène par exemple. Si le silicium a été oxydé, les particules de silicium sont majoritairement constituées de Si pur et recouvertes de SiOx. The silicon of the electrode 21 is in the form of a dispersion of particles of pure silicon and / or silicon oxide SiO x within the material of the anode 16 (x being an integer equal to 1 or 2 ). The silicon and / or silicon oxide particles of electrode 21 are not covalently bonded to another chemical element, such as hydrogen for example. If the silicon has been oxidized, the silicon particles are mainly made up of pure Si and covered with SiO x .
Pour toute la suite, la teneur en masse d’un élément d’une composition est calculée par rapport à la masse de la composition totale. For what follows, the mass content of an element in a composition is calculated based on the mass of the total composition.
Le choix du premier matériau liant ML1 varie considérablement pourvu que le premier matériau liant ML1 soit inerte par rapport aux autres matériaux de l’électrode 21. The choice of the first binder material ML1 varies considerably provided that the first binder material ML1 is inert with respect to the other materials of the electrode 21.
Le premier matériau liant ML1 est un matériau, de préférence un polymère, qui permet de faciliter la mise en œuvre des électrodes lors de leur fabrication. The first binding material ML1 is a material, preferably a polymer, which makes it possible to facilitate the use of the electrodes during their manufacture.
Le premier matériau liant ML1 comprend un ou plusieurs polymères choisis parmi les polymères thermoplastiques, les polymères thermodurcissables, les élastomères et un mélange de ceux-ci. The first ML1 binder material comprises one or more polymers chosen from thermoplastic polymers, thermosetting polymers, elastomers and a mixture of these.
Des exemples de polymères thermoplastiques comprennent, de manière non limitative, les polymères issus de la polymérisation de monomères vinyliques aliphatiques ou cycloaliphatiques, tels que des polyoléfines (parmi lesquels les polyéthylènes ou encore les polypropylènes), les polymères issus de la polymérisation de monomères vinyliques aromatiques, tels que les polystyrènes, les polymères issus de la polymérisation de monomères acryliques et/ou (méth)acrylates, les polyamides, les polyéthercétones, les polyimides. Examples of thermoplastic polymers include, without limitation, polymers resulting from the polymerization of aliphatic or cycloaliphatic vinyl monomers, such as polyolefins (including polyethylenes or even polypropylenes), polymers resulting from the polymerization of aromatic vinyl monomers , such as polystyrenes, polymers resulting from the polymerization of acrylic and / or (meth) acrylate monomers, polyamides, polyetherketones, polyimides.
Des exemples de polymères thermodurcissables comprennent, de manière non limitative, des résines thermodurcissables (telles que des résines époxydes, des résines polyesters) éventuellement en mélange avec des polyuréthanes ou avec des polyéthers polyols. Examples of thermosetting polymers include, without limitation, thermosetting resins (such as epoxy resins, polyester resins) optionally in admixture with polyurethanes or with polyether polyols.
Des exemples de polymères élastomères, comprennent, de manière non limitative les caoutchoucs naturels, les caoutchoucs de synthèse, les copolymères styrène butadiène (connus également sous l'abréviation « SBR »), les copolymères éthylène-propylène (connus également sous l'abréviation « EPM ») et les silicones. Examples of elastomeric polymers include, without limitation, natural rubbers, synthetic rubbers, styrene butadiene copolymers. (also known by the abbreviation "SBR"), ethylene-propylene copolymers (also known by the abbreviation "EPM") and silicones.
Selon un mode de réalisation particulier, le premier matériau liant ML1 est un mélange de polymère(s) thermoplastique(s), de polymère(s) thermodurcissable(s) et/ou de polymère(s) élastomère(s). According to a particular embodiment, the first binding material ML1 is a mixture of thermoplastic polymer (s), of thermosetting polymer (s) and / or of elastomeric polymer (s).
D'autres premiers matériaux liants ML1 appropriés comprennent des polymères réticulés, tels que ceux fabriqués à partir de polymères ayant des groupes carboxyle et des agents de réticulation. Other suitable first ML1 binder materials include crosslinked polymers, such as those made from polymers having carboxyl groups and crosslinking agents.
D’autres premiers matériaux liants ML1 appropriés comprennent des dérivés de cellulose. Other suitable ML1 early binding materials include cellulose derivatives.
La première composition C1 comprend une teneur en masse en premier matériau liant ML1 inférieure ou égale à 30%, préférentiellement inférieure ou égale à 20%. The first composition C1 comprises a content by mass of first binding material ML1 of less than or equal to 30%, preferably less than or equal to 20%.
Le premier additif conducteur AC1 comporte un ou plusieurs types d’éléments conducteurs pour améliorer la conductivité électronique. The first AC1 conductive additive has one or more types of conductive elements to improve electronic conductivity.
Des exemples d’éléments conducteurs comprennent, de façon non limitative, les carbones conducteurs, les graphites, les graphènes, les nanotubes de carbone, les fibres de charbon actif, les nanofibres de carbone non activées, les flocons métalliques, les poudres métalliques, les fibres métalliques et les polymères électriquement conducteurs. Examples of conductive elements include, but are not limited to, conductive carbons, graphites, graphenes, carbon nanotubes, activated carbon fibers, unactivated carbon nanofibers, metal flakes, metal powders, metal fibers and electrically conductive polymers.
Une nanofibre est définie comme une fibre présentant un diamètre de dimension maximale comprise entre 1 nm et 200 nm et s’étendant selon une direction normale audit diamètre. A nanofiber is defined as a fiber having a diameter of maximum dimension between 1 nm and 200 nm and extending in a direction normal to said diameter.
Un nanotube est défini comme un tube présentant un diamètre extérieur de dimension maximale comprise entre 1 nm et 100 nm et s’étendant selon une direction normale audit diamètre. A nanotube is defined as a tube having an outer diameter of maximum dimension between 1 nm and 100 nm and extending in a direction normal to said diameter.
La première composition C1 comprend une teneur en masse en premier additif conducteur AC1 inférieure ou égale à 20%, préférentiellement inférieure à 10%. The first composition C1 comprises a content by mass of the first conductive additive AC1 of less than or equal to 20%, preferably less than 10%.
L’épaisseur e21 de l’électrode 21 varie en fonction de la quantité de silicium comprise dans l’électrode 21. The thickness e21 of the electrode 21 varies depending on the amount of silicon included in the electrode 21.
Plus la quantité de silicium comprise dans l’électrode 21 est élevée, plus l’épaisseur e21 de l’électrode 21 est faible. Ainsi, une quantité de silicium plus élevée permet d’augmenter la densité d’énergie de l’anode 16. The greater the amount of silicon in the electrode 21, the smaller the thickness e21 of the electrode 21. Thus, a higher amount of silicon increases the energy density of the anode 16.
Dans l’exemple décrit, l’électrode 21 est séparée du substrat 20 par la couche d’interfaçage 22. In the example described, the electrode 21 is separated from the substrate 20 by the interfacing layer 22.
La couche d’interfaçage 22 présente une première face 221 en contact avec la face 212 de l’électrode 21 , et une deuxième face 222 en contact avec la première face 201 du substrat 20. La première face 221 et la deuxième face 222 de la couche d’interfaçage 22 sont perpendiculaires à la direction d’empilement Z et parallèles entre elles. The interfacing layer 22 has a first face 221 in contact with the face 212 of the electrode 21, and a second face 222 in contact with the first face 201 of the substrate 20. The first face 221 and the second face 222 of the interfacing layer 22 are perpendicular to the stacking direction Z and parallel to each other.
La couche d’interfaçage 22 présente une épaisseur e22 inférieure ou égale à 10 pm. De préférence, l’épaisseur e22 est supérieure ou égale à 10 nm. Plus préférentiellement, l’épaisseur e22 est supérieure ou égale à 100 nm. The interfacing layer 22 has a thickness e22 less than or equal to 10 μm. Preferably, the thickness e22 is greater than or equal to 10 nm. More preferably, the thickness e22 is greater than or equal to 100 nm.
Avantageusement, l’épaisseur e22 est comprise entre 10 nm et 3 pm. Advantageously, the thickness e22 is between 10 nm and 3 μm.
La couche d’interfaçage 22 est réalisée par dépôt d’une deuxième composition C2 sur le substrat 20. De préférence, la couche d’interfaçage 22 est réalisée par enduction de la deuxième composition C2 sur la première face 201 du substrat 20. The interfacing layer 22 is produced by depositing a second composition C2 on the substrate 20. Preferably, the interfacing layer 22 is produced by coating the second composition C2 on the first face 201 of the substrate 20.
La deuxième composition C2 comporte un deuxième matériau liant ML2 et un deuxième additif conducteur AC2. The second composition C2 comprises a second binder material ML2 and a second conductive additive AC2.
Le deuxième additif conducteur AC2 comporte un ou plusieurs types d’éléments conducteurs permettant d’améliorer la conductivité électronique. The second conductive additive AC2 has one or more types of conductive elements to improve electronic conductivity.
Par exemple, le deuxième additif conducteur AC2 est choisi parmi le carbone, le noir de carbone, le graphite, le graphène, les nanotubes de carbone, les fibres de charbon actif, les nanofibres de carbone non activée, les flocons métalliques, les poudres métalliques, les fibres métalliques et les polymères électriquement conducteurs. For example, the second conductive additive AC2 is chosen from carbon, carbon black, graphite, graphene, carbon nanotubes, activated carbon fibers, non-activated carbon nanofibers, metal flakes, metal powders , metallic fibers and electrically conductive polymers.
Préférentiellement, le deuxième additif conducteur AC2 est choisi, de façon non limitative, parmi les nanofibres de carbone et les nanotubes de carbone. Preferably, the second conductive additive AC2 is chosen, without limitation, from carbon nanofibers and carbon nanotubes.
La deuxième composition C2 comprend une teneur en masse en deuxième additif conducteur AC2 supérieure ou égale à 20%. The second composition C2 comprises a content by mass of second conductive additive AC2 of greater than or equal to 20%.
De préférence, la deuxième composition C2 comprend une teneur en masse en deuxième additif conducteur AC2 inférieure ou égale à 70%. Preferably, the second composition C2 comprises a content by weight of second conductive additive AC2 of less than or equal to 70%.
Avantageusement, la deuxième composition C2 comprend une teneur en masse en deuxième additif conducteur AC2 comprise entre 30% et 60%. Advantageously, the second composition C2 comprises a content by mass of second conductive additive AC2 of between 30% and 60%.
Le choix du deuxième matériau liant ML2 n’est pas particulièrement limité tant que le deuxième matériau liant ML2 est inerte par rapport aux autres matériaux de la deuxième composition C2. The choice of the second binder material ML2 is not particularly limited as long as the second binder material ML2 is inert with respect to the other materials of the second composition C2.
Le deuxième matériau liant ML2 comprend un ou plusieurs polymères choisis parmi les polymères thermoplastiques, les polymères thermodurcissables, les élastomères et les mélanges de ceux-ci. The second ML2 binder material comprises one or more polymers chosen from thermoplastic polymers, thermosetting polymers, elastomers and mixtures thereof.
Des exemples de polymères thermoplastiques comprennent, de manière non limitative, les polymères issus de la polymérisation de monomères vinyliques aliphatiques ou cycloaliphatiques, tels que des polyoléfines (parmi lesquels les polyéthylènes ou encore les polypropylènes), les polymères issus de la polymérisation de monomères vinyliques aromatiques, tels que les polystyrènes, les polymères issus de la polymérisation de monomères acryliques et/ou (méth)acrylates, les polyamides, les polyéthercétones, les polyimides. Examples of thermoplastic polymers include, without limitation, polymers resulting from the polymerization of aliphatic or cycloaliphatic vinyl monomers, such as polyolefins (including polyethylenes or even polypropylenes), polymers resulting from the polymerization of aromatic vinyl monomers , such as polystyrenes, polymers resulting from the polymerization of acrylic and / or (meth) acrylate monomers, polyamides, polyetherketones, polyimides.
Des exemples de polymères thermodurcissables comprennent, de manière non limitative, des résines thermodurcissables (telles que des résines époxydes, des résines polyesters) éventuellement en mélange avec des polyuréthanes ou avec des polyéthers polyols. Examples of thermosetting polymers include, without limitation, thermosetting resins (such as epoxy resins, polyester resins) optionally in admixture with polyurethanes or with polyether polyols.
Des exemples de polymères élastomères, comprennent, de manière non limitative les caoutchoucs naturels, les caoutchoucs de synthèse, les copolymères styrène butadiène (connus également sous l'abréviation « SBR »), les copolymères éthylène-propylène (connus également sous l'abréviation « EPM ») et les silicones. Examples of elastomeric polymers include, without limitation, natural rubbers, synthetic rubbers, styrene butadiene copolymers (also known by the abbreviation "SBR"), ethylene-propylene copolymers (also known by the abbreviation " EPM ”) and silicones.
D'autres deuxièmes matériaux liants ML2 appropriés comprennent des polymères réticulés, tels que ceux fabriqués à partir de polymères ayant des groupes carboxyle et des agents de réticulation. Other suitable second ML2 binder materials include crosslinked polymers, such as those made from polymers having carboxyl groups and crosslinking agents.
D’autres deuxièmes matériaux liants ML2 appropriés comprennent des dérivés de cellulose. Other suitable second ML2 binder materials include cellulose derivatives.
La deuxième composition C2 comprend une teneur en masse en deuxième matériau liant ML2 supérieure ou égale à 30%. The second composition C2 comprises a content by mass of second binding material ML2 of greater than or equal to 30%.
De préférence, la deuxième composition C2 comprend une teneur en masse en deuxième matériau liant ML2 inférieure ou égale à 80%. Preferably, the second composition C2 comprises a content by mass of second binder material ML2 of less than or equal to 80%.
Avantageusement, la deuxième composition C2 comprend une teneur en masse en deuxième matériau liant ML2 comprise entre 40% et 70%. Advantageously, the second composition C2 comprises a content by mass of second binder material ML2 of between 40% and 70%.
La couche d’interfaçage 22 est caractérisée par la rugosité de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22. The interfacing layer 22 is characterized by the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22.
Par définition, la rugosité de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 représente l’amplitude des reliefs de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22. L’amplitude des reliefs de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 correspond à la distance entre le point le plus haut et le point le plus bas desdits reliefs, aussi appelée peak-to-valley distance selon la terminologie anglaise, et notée Rt. By definition, the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22 represents the amplitude of the reliefs of the first face 221 of the interfacing layer 22. The amplitude of the reliefs of the first face 221 of the layer d 'interfacing 22 corresponds to the distance between the highest point and the lowest point of said reliefs, also called peak-to-valley distance according to English terminology, and denoted Rt.
Les reliefs de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 peuvent également se définir de manière impropre comme des défauts de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22. The reliefs of the first face 221 of the interfacing layer 22 can also be improperly defined as defects of the first face 221 of the interfacing layer 22.
L’amplitude des reliefs de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 présente une profondeur comprise entre 10 nm et 10 pm, de préférence comprise entre 2 pm et 9 pm. L’amplitude des reliefs de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 peut également présenter une profondeur comprise entre 0,5 pm et 9 pm, préférentiellement comprise entre 0,5 pm et 8 pm, plus préférentiellement comprise entre 0,5 pm et 6 pm, avantageusement comprise entre 1 pm et 6 pm. The amplitude of the reliefs of the first face 221 of the interfacing layer 22 has a depth of between 10 nm and 10 μm, preferably between 2 μm and 9 μm. The amplitude of the reliefs of the first face 221 of the interfacing layer 22 can also have a depth of between 0.5 μm and 9 μm, preferably between 0.5 μm and 8 μm, more preferably between 0.5 μm and 6 μm, advantageously between 1 μm and 6 μm.
Les reliefs de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 sont la conséquence du mélange des constituants de la deuxième composition C2. Le deuxième additif conducteur AC2 et le deuxième matériau liant ML2 sont choisis de telle sorte que l’enchevêtrement de ces constituants génère des reliefs de manière aléatoire et relativement homogène sur la surface totale de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22. The reliefs of the first face 221 of the interfacing layer 22 are the result of the mixing of the constituents of the second composition C2. The second conductive additive AC2 and the second binder material ML2 are chosen such that the entanglement of these constituents generates reliefs in a random and relatively homogeneous manner on the total surface of the first face 221 of the interfacing layer 22.
Les quantités massiques du deuxième additif conducteur AC2 et du deuxième matériau liant ML2 permettent de moduler la rugosité de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22. The mass quantities of the second conductive additive AC2 and of the second binder material ML2 make it possible to modulate the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22.
La taille et la forme des particules du deuxième additif conducteur AC2 permettent également de moduler la rugosité de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22. Plus les particules du deuxième additif conducteur AC2 ont des surfaces petites, plus l’amplitude des reliefs de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 est faible. The size and shape of the particles of the second conductive additive AC2 also make it possible to modulate the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22. The smaller the particles of the second conductive additive AC2, the greater the amplitude of the reliefs. of the first face 221 of the interfacing layer 22 is weak.
En outre, des particules sous la forme de flocon ou de fibres permettent de générer une amplitude de reliefs plus importante. In addition, particles in the form of flakes or fibers make it possible to generate a greater amplitude of reliefs.
En variante, la rugosité de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 est modifiée par un traitement de surface. As a variant, the roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22 is modified by a surface treatment.
La rugosité de la couche d’interfaçage 22 est par exemple modifiée par l’utilisation d’une torche à plasma sur la surface de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22. The roughness of the interfacing layer 22 is for example modified by the use of a plasma torch on the surface of the first face 221 of the interfacing layer 22.
La rugosité de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 est déterminée par mesure d’interférométrie à lumière blanche, par exemple grâce à une station de topographie de surface sans contact nanométrique de la marque OptoSurf. La station de topographie permet de reconstituer la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 en 2D et 3D puis de calculer sa rugosité. The roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22 is determined by measuring white light interferometry, for example using a non-contact nanometric surface topography station of the OptoSurf brand. The topography station makes it possible to reconstruct the first face 221 of the interfacing layer 22 in 2D and 3D and then to calculate its roughness.
La rugosité de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 est définie à partir d’au moins deux zones distinctes de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22. The roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22 is defined from at least two distinct areas of the first face 221 of the interfacing layer 22.
La rugosité de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 est égale à la moyenne d’au moins deux valeurs d’amplitude de reliefs, chaque valeur d’amplitude de reliefs correspondant à une zone distincte de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22. L’amplitude de reliefs d’une zone distincte de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 représente la distance entre le point le plus haut et le point le plus bas de ladite zone. La surface de chaque zone distincte de la première face 221 de la couche d’interfaçage 22 mesure par exemple 40 000 pm2. Dans l’exemple proposé, la couche d’interfaçage 22 recouvre entièrement la surface. The roughness of the first face 221 of the interfacing layer 22 is equal to the average of at least two relief amplitude values, each relief amplitude value corresponding to a distinct zone of the first face 221 of the interfacing layer 22. The amplitude of reliefs of a zone distinct from the first face 221 of the interfacing layer 22 represents the distance between the highest point and the lowest point of said zone. The surface of each distinct zone of the first face 221 of the interfacing layer 22 measures, for example, 40,000 μm 2 . In the example proposed, the interfacing layer 22 entirely covers the surface.
En variante, la couche d’interfaçage 22 est ajourée. La première face 201 du substrat 20 n’est ainsi pas entièrement recouverte par la couche d’interfaçage 22. Alternatively, the interfacing layer 22 is perforated. The first face 201 of the substrate 20 is thus not entirely covered by the interfacing layer 22.
La deuxième face 222 de la couche d’interfaçage 22 présente une aire A22. The second face 222 of the interfacing layer 22 has an area A22.
La première face 201 du substrat 20 présente une aire A201 . The first face 201 of the substrate 20 has an area A201.
La couche d’interfaçage 22 est caractérisée par un taux de recouvrement R(i/s) de la face 201 du substrat 20. The interfacing layer 22 is characterized by an coverage rate R (i / s) of the face 201 of the substrate 20.
Le taux de recouvrement R(i/s) correspond au ratio entre l’aire A22 de la deuxième face 222 de la couche d’interfaçage 22 et l’aire A201 de la première face 201 du substrat 20 et est calculé selon la formule suivante : The coverage rate R (i / s) corresponds to the ratio between the area A22 of the second face 222 of the interfacing layer 22 and the area A201 of the first face 201 of the substrate 20 and is calculated according to the following formula :
R(i/s) = A22 / A201 R (i / s) = A22 / A201
Le taux de recouvrement R(i/s) est compris entre 0,1 et 1 . De préférence, le taux de recouvrement R(i/s) est compris entre 0,3 et 1 . Avantageusement, le taux de recouvrement R(i/s) est compris entre 0,7 et 1 . De préférence encore, le taux de recouvrement R(i/s) est strictement inférieur à 1 , préférentiellement compris entre 0,1 et 0,9, avantageusement compris entre 0,7 et 0,9. The recovery rate R (i / s) is between 0.1 and 1. Preferably, the recovery rate R (i / s) is between 0.3 and 1. Advantageously, the recovery rate R (i / s) is between 0.7 and 1. More preferably, the coverage rate R (i / s) is strictly less than 1, preferably between 0.1 and 0.9, advantageously between 0.7 and 0.9.
Le fonctionnement de l’anode 16 est conforme au fonctionnement d’une anode de l’état de la technique. The operation of anode 16 is consistent with the operation of a prior art anode.
La couche d’interfaçage 22 améliore l’interface entre le substrat 20 et l’électrode 21 .The interfacing layer 22 improves the interface between the substrate 20 and the electrode 21.
En particulier, l’épaisseur inférieure à 10 pm de la couche d’interfaçage 22 permet avantageusement d’améliorer l’interface entre le substrat 20 et l’électrode 21 et diminuer la résistance électrique entre le substrat 20 et l’électrode 21. In particular, the thickness of less than 10 μm of the interfacing layer 22 advantageously makes it possible to improve the interface between the substrate 20 and the electrode 21 and to reduce the electrical resistance between the substrate 20 and the electrode 21.
La présence de la couche d’interfaçage 22 entre le substrat 20 et l’électrode 21 permet d’améliorer l’adhésion entre les différentes couches de l’anode 16, ce qui améliore significativement son efficacité. The presence of the interfacing layer 22 between the substrate 20 and the electrode 21 improves the adhesion between the different layers of the anode 16, which significantly improves its efficiency.
En outre, l’aspect ajouré de la couche d’interfaçage 22 et la rugosité de la deuxième face 222 de la couche d’interfaçage 22 permettent de diminuer la résistance électrique entre le substrat 20 et l’électrode 21. Or, une forte résistance agit comme une barrière au transfert des électrons pendant le cyclage de l’accumulateur 10. In addition, the perforated appearance of the interfacing layer 22 and the roughness of the second face 222 of the interfacing layer 22 make it possible to reduce the electrical resistance between the substrate 20 and the electrode 21. However, a high resistance acts as a barrier to the transfer of electrons during the cycling of accumulator 10.
La couche d’interfaçage 22 a donc un effet majeur sur la conductivité électronique de l’anode 16, car elle permet une meilleure interface entre le substrat 20 et l’électrode 21 et préserve un bon contact électrique entre le substrat 20 et l’électrode 21 . The interfacing layer 22 therefore has a major effect on the electronic conductivity of the anode 16, because it allows a better interface between the substrate 20 and the electrode 21 and preserves a good electrical contact between the substrate 20 and the electrode. 21.
La présence de la couche d’interfaçage 22 améliore également le chemin de conduction. Les performances électrochimiques de l’anode 16 sont donc significativement améliorées par la présence de la couche d’interfaçage 22. The presence of the interfacing layer 22 also improves the conduction path. The electrochemical performance of the anode 16 is therefore significantly improved by the presence of the interfacing layer 22.
L’amélioration de l’interface résultant de l’aspect ajouré de la couche d’interfaçage 22 et la rugosité de la deuxième face 222 de la couche d’interfaçage 22 disposée entre le substrat 20 et l’électrode 21 limite également la détérioration et le délaminage de l’anode 16, provoqués par l’expansion volumique des particules de silicium durant les cycles de charge et décharge de l’accumulateur 10. La rétention de capacité en cyclage et la durée de vie de l’anode 16 sont ainsi améliorées. The improvement of the interface resulting from the perforated appearance of the interfacing layer 22 and the roughness of the second face 222 of the interfacing layer 22 disposed between the substrate 20 and the electrode 21 also limits deterioration and the delamination of the anode 16, caused by the volume expansion of the silicon particles during the charge and discharge cycles of the accumulator 10. The retention of cycling capacity and the life of the anode 16 are thus improved .
Selon une variante représentée en figure 3, la couche d’interfaçage 22 consiste en un réseau 38 comportant une pluralité d’éléments 40. According to a variant shown in Figure 3, the interface layer 22 consists of a network 38 comprising a plurality of elements 40.
Les éléments 40 sont uniformément répartis sur la surface entière de la première face 201 du substrat 20. The elements 40 are uniformly distributed over the entire surface of the first face 201 of the substrate 20.
Le nombre d’éléments 40 est noté n. The number of elements 40 is denoted by n.
Selon l’exemple décrit, chaque élément 40 est identique. According to the example described, each element 40 is identical.
Chaque élément 40 de la couche d’interfaçage 22 est en contact avec la première face 201 du substrat 20 et avec la face 212 de l’électrode 21 . Each element 40 of the interfacing layer 22 is in contact with the first face 201 of the substrate 20 and with the face 212 of the electrode 21.
Chaque élément 40 de la couche d’interfaçage 22 présente une base 401 . Each element 40 of the interfacing layer 22 has a base 401.
La base 401 de chaque élément 40 est en contact avec la première face 201 du substrat 20. The base 401 of each element 40 is in contact with the first face 201 of the substrate 20.
Chaque base 401 est un disque présentant un plus grand diamètre d’une longueur d1. Le diamètre d1 varie entre 200 pm et 1000 pm, de préférence entre 500 pm et 900 pm. Each base 401 is a disk having a larger diameter with a length d1. The diameter d1 varies between 200 μm and 1000 μm, preferably between 500 μm and 900 μm.
Chaque base 401 présente un centre. Each base 401 has a center.
Chaque base 401 présente une aire A401 . Each base 401 has an area A401.
L’aire A401 de chaque base 401 est comprise entre 0,03 millimètre carré et 0,8 millimètre carré. The area A401 of each base 401 is between 0.03 square millimeter and 0.8 square millimeter.
Chaque élément 40 est un volume généré à partir de sa base 401 . Each element 40 is a volume generated from its base 401.
Dans l’exemple décrit, les éléments 40 sont des dômes. In the example described, the elements 40 are domes.
Chaque élément 40 de la couche d’interfaçage 22 présente une hauteur H40 inférieure ou égale à 10 pm. De préférence, chaque élément 40 de la couche d’interfaçage 22 présente une hauteur H40 inférieure ou égale à 6 pm. De préférence, encore, chaque élément 40 de la couche d’interfaçage 22 présente une hauteur H40 supérieure ou égale à 10 nm. De préférence, encore, chaque élément 40 de la couche d’interfaçage 22 présente une hauteur H40 supérieure ou égale à 0,5 pm. Avantageusement, chaque élément 40 de la couche d’interfaçage 22 présente une hauteur H40 comprise entre 10 nm et 3 pm. Une telle hauteur H40 des éléments 40 permet d’augmenter la surface de contact avec l’électrode 21 , et donc d’améliorer le contact électrique entre le substrat 20 et l’électrode 21. Une telle hauteur H40 des éléments 40 permet également de limiter les contraintes mécaniques liées aux variations volumiques du matériau d’intercalation Ml de l’électrode 21. Each element 40 of the interfacing layer 22 has a height H40 less than or equal to 10 μm. Preferably, each element 40 of the interfacing layer 22 has a height H40 less than or equal to 6 μm. More preferably, each element 40 of the interfacing layer 22 has a height H40 greater than or equal to 10 nm. More preferably, each element 40 of the interfacing layer 22 has a height H40 greater than or equal to 0.5 μm. Advantageously, each element 40 of the interfacing layer 22 has a height H40 of between 10 nm and 3 μm. Such a height H40 of the elements 40 makes it possible to increase the contact surface with the electrode 21, and therefore to improve the electrical contact between the substrate 20 and the electrode 21. Such a height H40 of the elements 40 also makes it possible to limit the mechanical stresses linked to the volume variations of the intercalation material M1 of the electrode 21.
Comme visible sur la figure 3, la couche d’interfaçage 22 est formée de n éléments 40 discrets formant le réseau 38. La première face 201 du substrat 20 n’est en conséquence pas entièrement recouverte par la pluralité d’éléments 40. As visible in Figure 3, the interface layer 22 is formed of n discrete elements 40 forming the network 38. The first face 201 of the substrate 20 is therefore not entirely covered by the plurality of elements 40.
La couche d’interfaçage 22 est caractérisée par un taux de recouvrement R(r/s) de la première face 201 du substrat 20. The interfacing layer 22 is characterized by an coverage rate R (r / s) of the first face 201 of the substrate 20.
Le taux de recouvrement R(r/s) correspond au ratio entre l’aire A22 de la couche d’interfaçage 22 et l’aire A201 de la première face 201 du substrat 20. The coverage rate R (r / s) corresponds to the ratio between the area A22 of the interfacing layer 22 and the area A201 of the first face 201 of the substrate 20.
L’aire A22 de la couche d’interfaçage 22 est définie comme la somme des aires A401 de la base 401 des n éléments 40 de la couche d’interfaçage 22. L’aire A22 de la couche d’interfaçage 22 est calculée selon la formule suivante : où i désigne la ième aire A401 . The area A22 of the interfacing layer 22 is defined as the sum of the areas A401 of the base 401 of the n elements 40 of the interfacing layer 22. The area A22 of the interfacing layer 22 is calculated according to the following formula: where i denotes the ith area A401.
Selon l’exemple décrit, les bases 401 sont toutes identiques et l’aire A22 de la couche d’interfaçage est calculée selon la formule suivante : According to the example described, the bases 401 are all identical and the area A22 of the interfacing layer is calculated according to the following formula:
A22 = n x A401 A22 = n x A401
Le taux de recouvrement R(r/s) est calculé selon la formule suivante : The recovery rate R (r / s) is calculated according to the following formula:
R (r/s) = A22 / A201 R (r / s) = A22 / A201
De préférence, le taux de recouvrement R(r/s) est compris entre 0,1 et 0,9. Preferably, the recovery rate R (r / s) is between 0.1 and 0.9.
Avantageusement, le taux de recouvrement R(r/s) est compris entre 0,2 et 0,5.Advantageously, the coverage rate R (r / s) is between 0.2 and 0.5.
Le fait que la première face 201 du substrat 20 ne soit pas entièrement recouverte par la couche d’interfaçage 22 permet de générer un relief sur la première face 201 du substrat 20, ce qui permet d’augmenter la surface de contact avec l’électrode 21, et donc d’améliorer le contact électrique entre le substrat 20 et l’électrode 21. Cela permet aussi de limiter les contraintes mécaniques générées par les variations volumiques de la matière active de l’électrode 21 pendant le fonctionnement de l’accumulateur 10. La modulation du taux de recouvrement R(r/s) permet également de diminuer la résistance électrique entre le substrat 20 et l’électrode 21 par rapport au cas où le taux de recouvrement est égal à 1 . The fact that the first face 201 of the substrate 20 is not entirely covered by the interfacing layer 22 makes it possible to generate a relief on the first face 201 of the substrate 20, which makes it possible to increase the contact surface with the electrode. 21, and therefore to improve the electrical contact between the substrate 20 and the electrode 21. This also makes it possible to limit the mechanical stresses generated by the volume variations of the active material of the electrode 21 during the operation of the accumulator 10. Modulating the coverage rate R (r / s) also makes it possible to reduce the electrical resistance between the substrate 20 and the electrode 21 relative to the case where the coverage rate is equal to 1.
Les éléments 40 de la couche d’interfaçage 22 sont réalisés par dépôt d’une troisième composition C3 sur la première face 201 du substrat 20. De préférence, les éléments 40 de la couche d’interfaçage 22 sont réalisés par enduction de la troisième composition C3 sur la première face 201 du substrat 20. The elements 40 of the interfacing layer 22 are produced by depositing a third composition C3 on the first face 201 of the substrate 20. Preferably, the elements elements 40 of the interfacing layer 22 are produced by coating the third composition C3 on the first face 201 of the substrate 20.
La troisième composition C3 comporte un troisième additif conducteur AC3 et éventuellement un troisième matériau liant ML3. Avantageusement, la troisième composition C3 consiste en un troisième additif conducteur AC3 et un troisième matériau liant ML3. The third composition C3 comprises a third conductive additive AC3 and optionally a third binder material ML3. Advantageously, the third composition C3 consists of a third conductive additive AC3 and a third binder material ML3.
Le troisième additif conducteur AC3 comporte un ou plusieurs éléments conducteurs pour améliorer la conductivité électronique. The third conductive additive AC3 comprises one or more conductive elements to improve electronic conductivity.
Par exemple, le troisième additif conducteur AC3 est choisi parmi le carbone, le noir de carbone, le graphite, le graphène, les nanotubes de carbone, les fibres de charbon actif, les nanofibres de carbone non activée, les flocons métalliques, les poudres métalliques, les fibres métalliques et les polymères électriquement conducteurs. For example, the third conductive additive AC3 is chosen from carbon, carbon black, graphite, graphene, carbon nanotubes, activated carbon fibers, non-activated carbon nanofibers, metal flakes, metal powders , metallic fibers and electrically conductive polymers.
La troisième composition C3 comprend une teneur en masse en troisième additif conducteur AC3 supérieure ou égale à 20%. The third composition C3 comprises a content by mass of third conductive additive AC3 of greater than or equal to 20%.
De préférence, la troisième composition C3 comprend une teneur en masse en troisième additif conducteur AC3 inférieure ou égale à 90%. Preferably, the third composition C3 comprises a content by mass of third conductive additive AC3 of less than or equal to 90%.
Avantageusement, la teneur en masse en troisième additif conducteur AC3 compris dans la troisième composition C3 est comprise entre 40% et 70%. Advantageously, the content by mass of third conductive additive AC3 included in the third composition C3 is between 40% and 70%.
Le troisième matériau liant ML3 consiste en un ou plusieurs polymères, choisis parmi les polymères thermoplastiques, les polymères thermodurcissables, les élastomères et les mélanges de ceux-ci. The third ML3 binder material consists of one or more polymers, chosen from thermoplastic polymers, thermosetting polymers, elastomers and mixtures thereof.
Les polymères thermoplastiques, les polymères thermodurcissables, les élastomères sont tels que définis plus haut. Thermoplastic polymers, thermosetting polymers and elastomers are as defined above.
La troisième composition C3 comprend une teneur en masse en troisième matériau liant ML3 supérieure ou égale à 10%. The third composition C3 comprises a content by mass of third binding material ML3 of greater than or equal to 10%.
De préférence, la troisième composition C3 comprend une teneur en masse en troisième matériau liant ML3 inférieure ou égale à 80%. Preferably, the third composition C3 comprises a content by mass of third binding material ML3 of less than or equal to 80%.
Avantageusement, la teneur en masse en troisième matériau liant ML3 compris dans la composition C3 est comprise entre 30% et 60%. Advantageously, the content by mass of third binder material ML3 included in composition C3 is between 30% and 60%.
Les n éléments 40 de la couche d’interfaçage 22 sont agencés selon différentes variantes. The n elements 40 of the interfacing layer 22 are arranged in different variants.
Selon les exemples des figures 4, 5 et 6, les n éléments 40 de la couche d’interfaçage 22 sont agencés en mailles élémentaires respectives, chaque maille élémentaire étant identique. Selon l’exemple de la figure 7, les n éléments 40 de la couche d’interfaçage sont répartis de manière aléatoire sur la première face 201 du substrat 20. Selon la variante de la figure 4, la maille élémentaire 50 de la couche d’interfaçage 22 est fournie par quatre bases 401 disposées en carré. According to the examples of FIGS. 4, 5 and 6, the n elements 40 of the interfacing layer 22 are arranged in respective unit cells, each unit cell being identical. According to the example of FIG. 7, the n elements 40 of the interfacing layer are distributed randomly on the first face 201 of the substrate 20. According to the variant of FIG. 4, the elementary mesh 50 of the interfacing layer 22 is provided by four bases 401 arranged in a square.
Cela signifie que les quatre sommets de la maille élémentaire 50 forment un carré, chaque sommet étant le centre d’une base 401. This means that the four vertices of the elementary cell 50 form a square, each vertex being the center of a base 401.
La maille élémentaire 50 présente un côté défini par un segment reliant le centre de deux bases 401 adjacentes. The elementary mesh 50 has a side defined by a segment connecting the center of two adjacent bases 401.
Le côté de la maille élémentaire 50 présente une longueur c1 comprise entre 400 pm et 3500 pm, de préférence entre 600 pm et 2000 pm. The side of the elementary mesh 50 has a length c1 of between 400 μm and 3500 μm, preferably between 600 μm and 2000 μm.
Le réseau 38 est un ensemble correspondant à la répétition périodique de la maille élémentaire 50 dans des directions X et Y, les directions X et Y étant normales entre elles et normales à la direction Z. The network 38 is a set corresponding to the periodic repetition of the elementary cell 50 in X and Y directions, the X and Y directions being normal to each other and normal to the Z direction.
Le fonctionnement de l’anode 16 selon la variante représentée en figures 3 et 4 est conforme au fonctionnement de l’anode 16 telle que représentée en figure 2. The operation of the anode 16 according to the variant shown in Figures 3 and 4 is consistent with the operation of the anode 16 as shown in Figure 2.
Les avantages de l’anode 16 selon cette variante sont similaires à ceux de l’anode 16 telle que représentée en figure 2. The advantages of the anode 16 according to this variant are similar to those of the anode 16 as shown in Figure 2.
En outre, l’organisation de la couche d’interfaçage 22 en une pluralité d’éléments 40 disposés en un réseau formé d’une maille élémentaire permet de disposer d’une anode homogène sur toute sa dimension. La répétabilité du motif assure une meilleure reproductibilité de l’anode et une meilleure reproductibilité des performances électrochimiques. In addition, the organization of the interface layer 22 into a plurality of elements 40 arranged in a network formed of an elementary mesh makes it possible to have a homogeneous anode over its entire dimension. The repeatability of the pattern ensures better reproducibility of the anode and better reproducibility of electrochemical performance.
Selon la variante représentée en figure 5, les bases 401 des éléments 40 de la couche d’interfaçage 22 sont des carrés. According to the variant shown in Figure 5, the bases 401 of the elements 40 of the interfacing layer 22 are squares.
Chaque base 401 est définie par une diagonale présentant une longueur d2. La longueur d2 varie entre 200 pm et 1200 pm, de préférence entre 500 pm et 1000 pm. Each base 401 is defined by a diagonal having a length d2. The length d2 varies between 200 μm and 1200 μm, preferably between 500 μm and 1000 μm.
La maille élémentaire 60 de la couche d’interfaçage 22 est fournie par cinq bases 401 formant un carré centré. The elementary mesh 60 of the interfacing layer 22 is provided by five bases 401 forming a centered square.
Cela signifie que les quatre sommets de la maille élémentaire 60 forment un carré, chaque sommet étant le centre d’une base 401, et que le centre de la cinquième base 401 est disposé au centre dudit carré. This means that the four vertices of the elementary cell 60 form a square, each vertex being the center of a base 401, and that the center of the fifth base 401 is disposed at the center of said square.
La maille élémentaire 60 présente un côté défini par un segment reliant le centre de deux bases 401 adjacentes choisies parmi les quatre bases 401 formant le carré. The elementary mesh 60 has a side defined by a segment connecting the center of two adjacent bases 401 chosen from among the four bases 401 forming the square.
Le côté de la maille élémentaire 60 est défini par une longueur c2. La longueur c2 varie entre 400 pm et 3700 pm, de préférence entre 600 pm et 2200 pm. The side of the elementary cell 60 is defined by a length c2. The length c2 varies between 400 µm and 3700 µm, preferably between 600 µm and 2200 µm.
Le réseau 38 est alors un ensemble correspondant à la répétition périodique de la maille élémentaire 60 dans des directions X et Y, les directions X et Y étant normales entre elles et normales à la direction Z. Le fonctionnement de l’anode 16 selon la variante représentée en figure 5 est conforme au fonctionnement de l’anode 16 telle que représentée en figures 3 et 4. The network 38 is then a set corresponding to the periodic repetition of the elementary cell 60 in X and Y directions, the X and Y directions being normal to each other and normal to the Z direction. The operation of the anode 16 according to the variant shown in Figure 5 is in accordance with the operation of the anode 16 as shown in Figures 3 and 4.
Les avantages de l’anode 16 selon cette variante sont similaires à ceux de l’anode 16 telle que représentée en figures 3 et 4. The advantages of the anode 16 according to this variant are similar to those of the anode 16 as shown in Figures 3 and 4.
En outre, l’organisation des n éléments 40 en quinconce permet d’augmenter le taux de recouvrement R(r/s), et donc d’augmenter la surface de contact avec l’électrode 21. Le fait que les bases 401 des éléments 40 soient des carrés permet également d’augmenter le taux de recouvrement R(r/s). In addition, the organization of the n elements 40 in staggered rows makes it possible to increase the coverage rate R (r / s), and therefore to increase the contact surface with the electrode 21. The fact that the bases 401 of the elements 40 are squares also makes it possible to increase the recovery rate R (r / s).
Dans un autre exemple représenté sur la figure 6, la maille élémentaire consiste en une maille élémentaire 70 correspondant à la maille élémentaire 60 selon la figure 5 dans laquelle les bases 401 sont des disques. In another example shown in FIG. 6, the elementary mesh consists of an elementary mesh 70 corresponding to the elementary mesh 60 according to FIG. 5 in which the bases 401 are disks.
Chaque base 401 est définie par un diamètre présentant une longueur d3. La longueur d3 varie entre 200 pm et 1200 pm, de préférence entre 500 pm et 1000 pm. Each base 401 is defined by a diameter having a length d3. The length d3 varies between 200 µm and 1200 µm, preferably between 500 µm and 1000 µm.
La maille élémentaire 70 présente un côté défini par une longueur c3. La longueur c3 varie entre 400 pm et 3500 pm, de préférence entre 600 pm et 2000 pm. The elementary mesh 70 has a side defined by a length c3. The length c3 varies between 400 µm and 3500 µm, preferably between 600 µm and 2000 µm.
Le réseau 38 est alors un ensemble correspondant à la répétition périodique de la maille élémentaire 70 dans des directions X et Y, les directions X et Y étant normales entre elles et normales à la direction Z. The network 38 is then a set corresponding to the periodic repetition of the elementary cell 70 in X and Y directions, the X and Y directions being normal to each other and normal to the Z direction.
Le fonctionnement de l’anode 16 selon la variante représentée en figure 6 est conforme au fonctionnement de l’anode 16 telle que représentée en figures 3 et 4. The operation of the anode 16 according to the variant shown in Figure 6 is consistent with the operation of the anode 16 as shown in Figures 3 and 4.
Les avantages de l’anode 16 selon cette variante sont similaires à ceux de l’anode 16 telle que représentée en figures 3 et 4. The advantages of the anode 16 according to this variant are similar to those of the anode 16 as shown in Figures 3 and 4.
En outre, l’organisation des n éléments 40 en quinconce permet d’augmenter le taux de recouvrement R(r/s), et donc d’augmenter la surface de contact avec l’électrode 21 . In addition, the organization of the n elements 40 in a staggered manner makes it possible to increase the recovery rate R (r / s), and therefore to increase the contact surface with the electrode 21.
Selon l’exemple de la figure 7, les n éléments 40 de la couche d’interfaçage 22 sont aléatoirement répartis sur la première face 201 du substrat 20. According to the example of FIG. 7, the n elements 40 of the interfacing layer 22 are randomly distributed over the first face 201 of the substrate 20.
Deux éléments 40 adjacents sont séparés par une distance Dadj, la distance Dadj étant la distance la plus petite entre deux points des deux éléments 40 adjacents. Two adjacent elements 40 are separated by a Dadj distance, the Dadj distance being the smallest distance between two points of the two adjacent elements 40.
Deux éléments 40 adjacents forment une paire d’éléments 40 adjacents, la paire d’éléments 40 adjacents étant constituée d’un premier élément 40 et d’un deuxième élément 40. Chaque élément 40 de la couche d’interfaçage 22 est compris dans au moins une paire d’éléments 40 adjacents. La distance Dadj représente la plus petite distance entre un point de la base 401 du premier élément 40 de la paire d’éléments 40 adjacents et un point de la base 401 du deuxième élément 40 de la paire d’éléments 40 adjacents. La distance Dadj de chaque paire d’éléments 40 adjacents de la couche d’interfaçage 22 est comprise entre 200 pm et 2500 pm, de préférence entre 400 pm et 1000 pm. Two adjacent elements 40 form a pair of adjacent elements 40, the pair of adjacent elements 40 consisting of a first element 40 and a second element 40. Each element 40 of the interfacing layer 22 is included in at least one part. minus a pair of adjacent elements 40. The distance Dadj represents the smallest distance between a point on the base 401 of the first element 40 of the pair of adjacent elements 40 and a point on the base 401 of the second element 40 of the pair of adjacent elements 40. The distance Dadj of each pair of adjacent elements 40 of the interfacing layer 22 is between 200 μm and 2500 μm, preferably between 400 μm and 1000 μm.
Autrement dit, chaque élément 40 de la couche d’interfaçage 22 est séparé de l’ensemble des éléments 40 qui lui sont adjacents par une distance Dadj comprise entre 200 pm et 2500 pm, de préférence entre 400 pm et 1000 pm. In other words, each element 40 of the interface layer 22 is separated from all of the elements 40 which are adjacent to it by a distance Dadj of between 200 pm and 2500 pm, preferably between 400 pm and 1000 pm.
Chaque base 401 présente la même forme, la forme étant choisie parmi l’une des bases 401 selon les figures 4, 5 et 6. Each base 401 has the same shape, the shape being chosen from one of the bases 401 according to Figures 4, 5 and 6.
Le fonctionnement de l’anode 16 selon la variante représentée en figure 7 est conforme au fonctionnement de l’anode 16 telle que représentée en figure 3. The operation of the anode 16 according to the variant shown in Figure 7 is consistent with the operation of the anode 16 as shown in Figure 3.
Les avantages de l’anode 16 selon cette variante sont similaires à ceux de l’anode 16 telle que représentée en figure 3. The advantages of the anode 16 according to this variant are similar to those of the anode 16 as shown in Figure 3.
De plus, l’organisation de la couche d’interfaçage 22 en une pluralité d’éléments 40 disposés en un réseau permet de disposer d’une anode homogène sur toute sa dimension. In addition, the organization of the interface layer 22 into a plurality of elements 40 arranged in an array allows for a homogeneous anode over its entire dimension.
Il ressort également des exemples selon les figures 3, 4, 5, 6 et 7 que la base 401 de chaque élément 40 de la couche d’interfaçage 22 est un polygone ou un ovale. It also emerges from the examples according to Figures 3, 4, 5, 6 and 7 that the base 401 of each element 40 of the interface layer 22 is a polygon or an oval.
La géométrie de la base 401 des éléments 40 permet d’ajuster le taux de recouvrement R(r/s). The geometry of the base 401 of the elements 40 makes it possible to adjust the recovery rate R (r / s).
Chaque base 401 des éléments 40 de la couche d’interfaçage 22 est en contact avec la première face 201 du substrat 20. Chaque élément 40 présente en outre une surface 402. Les surfaces 402 des éléments 40 ne sont pas en contact avec la première face 201 du substrat 20. Each base 401 of the elements 40 of the interfacing layer 22 is in contact with the first face 201 of the substrate 20. Each element 40 also has a surface 402. The surfaces 402 of the elements 40 are not in contact with the first face. 201 of substrate 20.
De préférence, la surface 402 de chaque élément 40 présente une rugosité. Preferably, the surface 402 of each element 40 has roughness.
La rugosité de la surface 402 de chaque élément 40 représente l’amplitude du relief la surface 402 de chaque élément 40. The roughness of the surface 402 of each element 40 represents the amplitude of the relief on the surface 402 of each element 40.
La rugosité de la surface 402 de chaque élément 40 est déterminée selon la même méthode que celle décrite plus haut pour déterminer la rugosité de la deuxième face 222 de la couche d’interfaçage 22. The roughness of the surface 402 of each element 40 is determined using the same method as that described above to determine the roughness of the second face 222 of the interfacing layer 22.
De préférence, la rugosité de la surface 402 de chaque élément 40 est comprise entre 10 nm et 10 pm, de préférence comprise entre 0,5 pm et 9 pm, préférentiellement comprise entre 0,5 pm et 8 pm, plus préférentiellement comprise entre 0,5 pm et 6 pm, avantageusement comprise entre 1 pm et 6 pm, plus avantageusement comprise entre 2 pm et 6 pm. Preferably, the roughness of the surface 402 of each element 40 is between 10 nm and 10 μm, preferably between 0.5 μm and 9 μm, preferably between 0.5 μm and 8 μm, more preferably between 0 , 5 pm and 6 pm, advantageously between 1 pm and 6 pm, more advantageously between 2 pm and 6 pm.
La rugosité de la surface 402 de chaque élément 40 est modulée par la taille, la forme et la quantité des constituants de la composition C3. Selon une autre variante représentée en figure 8, l’anode 16 comprend deux couches d’interfaçage 22. The roughness of the surface 402 of each element 40 is modulated by the size, shape and quantity of the constituents of composition C3. According to another variant shown in FIG. 8, the anode 16 comprises two interfacing layers 22.
Les deux couches d’interfaçage 22 sont superposées l’une sur l’autre selon la direction d’empilement Z. The two interfacing layers 22 are superimposed on top of each other in the Z stacking direction.
La première couche d’interfaçage 22 est en contact avec la première face 201 du substrat 20 et la deuxième couche d’interfaçage 22 est en contact avec la face 212 de l’électrode. The first interfacing layer 22 is in contact with the first face 201 of the substrate 20 and the second interfacing layer 22 is in contact with the face 212 of the electrode.
La première couche d’interfaçage 22 correspond à la couche d’interfaçage 22 selon la figure 2. The first interfacing layer 22 corresponds to the interfacing layer 22 according to Figure 2.
La deuxième couche d’interfaçage 22 correspond à la couche d’interfaçage 22 selon les figures 3 à 6. The second interfacing layer 22 corresponds to the interfacing layer 22 according to Figures 3 to 6.
Plus généralement, il ressort de l’exemple d’anode 16 selon la figure 8 que l’anode 16 comprend un nombre p de couches d’interfaçage 22, p étant un nombre entier supérieur ou égal à deux. De préférence, p est compris entre 2 et 4. More generally, it emerges from the example of anode 16 according to FIG. 8 that the anode 16 comprises a number p of interfacing layers 22, p being an integer greater than or equal to two. Preferably, p is between 2 and 4.
Les p couches d’interfaçage 22 de l’anode 16 sont superposées les unes sur les autres selon la direction d’empilement Z. The p interfacing layers 22 of the anode 16 are superimposed on each other in the stacking direction Z.
Les p couches d’interfaçage 22 de l’anode 16 sont déposées les unes sur les autres de manière successive par dépôt, de préférence par enduction, de la deuxième composition C2 ou de la troisième composition C3. The p interfacing layers 22 of the anode 16 are deposited one on top of the other successively by depositing, preferably by coating, the second composition C2 or the third composition C3.
La deuxième composition C2 et la troisième composition C3 sont différentes pour chacune des p couches d’interfaçage 22. The second composition C2 and the third composition C3 are different for each of the p interfacing layers 22.
Le fonctionnement de l’anode 16 selon cette variante est conforme au fonctionnement de l’anode 16 telle que représentée en figures 2 à 7. The operation of the anode 16 according to this variant is in accordance with the operation of the anode 16 as shown in Figures 2 to 7.
Les avantages de l’anode 16 sont similaires à ceux de l’anode 16 telle que représentée en figures 2 à 7. The advantages of anode 16 are similar to those of anode 16 as shown in Figures 2-7.
En outre, la présence d’au moins deux couches d’interfaçage 22 permet de générer plus de relief que dans le cas où une seule couche d’interfaçage 22 est présente, ce qui permet d’augmenter la surface de contact avec l’électrode 21 , et donc d’améliorer le contact électrique entre le substrat 20 et l’électrode 21. En modulant les compositions ainsi que le taux de recouvrement des au moins deux couches d’interfaçage, il est possible de façonner les interfaces entre les différentes couches et d’accroitre les performances électrochimiques de l’anode 16. La composition de la première couche d’interfaçage 22 peut par exemple améliorer l’adhésion de l’électrode 21 au substrat 20, tandis que la composition de la deuxième couche d’interfaçage 22 permettrait d’augmenter de manière significatives la conductivité au sein de l’anode 16. Ainsi, il est possible d’additionner les bénéfices apportés par chaque couche d’interfaçage 22 et de maximiser les performances de l’anode 16 grâce à leurs interactions. In addition, the presence of at least two interfacing layers 22 makes it possible to generate more relief than in the case where a single interfacing layer 22 is present, which makes it possible to increase the contact surface with the electrode. 21, and therefore to improve the electrical contact between the substrate 20 and the electrode 21. By modulating the compositions as well as the coverage rate of the at least two interfacing layers, it is possible to shape the interfaces between the different layers. and to increase the electrochemical performance of the anode 16. The composition of the first interfacing layer 22 can for example improve the adhesion of the electrode 21 to the substrate 20, while the composition of the second interfacing layer 22 would significantly increase the conductivity within the anode 16. Thus, it is possible to add the benefits provided by each interfacing layer 22 and maximizing the performance of the anode 16 by virtue of their interactions.
De préférence, dans tous les modes de réalisations, la couche d’interfaçage 22 présente une rugosité. Preferably, in all embodiments, the interfacing layer 22 has roughness.
La couche d’interfaçage 22 présente une face qui n’est pas en contact avec la première face 201 du substrat 20. The interfacing layer 22 has a face which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20.
Par exemple, la face de la couche d’interfaçage 22 qui n’est pas en contact avec la première face 201 du substrat 20 correspond à la face 221 de la Figure 2, ou à l’ensemble des faces 402 des éléments discrets 40 de la Figure 3. For example, the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20 corresponds to the face 221 of FIG. 2, or to all of the faces 402 of the discrete elements 40 of Figure 3.
La rugosité de la couche d’interfaçage 22 représente l’amplitude du relief de la face de la couche d’interfaçage 22 qui n’est pas en contact avec la première face 201 du substrat 20. The roughness of the interfacing layer 22 represents the amplitude of the relief of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20.
La rugosité de la face de la couche d’interfaçage 22 qui n’est pas en contact avec la première face 201 du substrat 20 est déterminée par mesure d’interférométrie à lumière blanche, par exemple grâce à une station de topographie de surface sans contact nanométrique de la marque OptoSurf. La station de topographie permet de reconstituer de la face de la couche d’interfaçage 22 qui n’est pas en contact avec la première face 201 du substrat 20 en 2D et 3D pour déterminer sa rugosité. The roughness of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20 is determined by measuring white light interferometry, for example using a non-contact surface topography station nanometer from the OptoSurf brand. The topography station makes it possible to reconstruct the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20 in 2D and 3D to determine its roughness.
La rugosité de couche d’interfaçage 22 est définie à partir d’au moins deux zones distinctes de la face de la couche d’interfaçage 22 qui n’est pas en contact avec la première face 201 du substrat 20. Pour chaque zone, l’amplitude des reliefs Rt est déterminée, c’est- à-dire la distance entre le point le plus haut et le point le plus bas de ladite zone. The roughness of the interfacing layer 22 is defined from at least two distinct zones of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20. For each zone, the roughness of the interfacing layer 22 is defined. The amplitude of the reliefs Rt is determined, that is to say the distance between the highest point and the lowest point of said zone.
La rugosité de la couche d’interfaçage 22 est égale à la moyenne, notée Rtm, d’au moins deux valeurs d’amplitude de reliefs Rt, chaque valeur d’amplitude de reliefs Rt correspondant à une zone distincte de la face de la couche d’interfaçage 22 qui n’est pas en contact avec la première face 201 du substrat 20. The roughness of the interfacing layer 22 is equal to the average, denoted Rtm, of at least two relief amplitude values Rt, each relief amplitude value Rt corresponding to a distinct zone of the face of the layer interface 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20.
L’intérêt de diviser la surface de la face de la couche d’interfaçage 22 qui n’est pas en contact avec la première face 201 du substrat 20 en au moins deux zones distinctes pour mesurer la moyenne de l’amplitude des reliefs est de limiter l’incertitude liée à une éventuelle inhomogénéité de la face de la couche d’interfaçage 22 qui n’est pas en contact avec la première face 201 du substrat 20. The advantage of dividing the surface of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20 into at least two distinct zones for measuring the average of the amplitude of the reliefs is limit the uncertainty linked to a possible inhomogeneity of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20.
La surface de chaque zone distincte de la face de la couche d’interfaçage 22 qui n’est pas en contact avec la première face 201 du substrat 20 définie pour déterminer la rugosité de la couche d’interfaçage 22 mesure par exemple 40 000 pm2. The surface of each distinct zone of the face of the interfacing layer 22 which is not in contact with the first face 201 of the substrate 20 defined to determine the roughness of the interfacing layer 22 measures for example 40,000 μm 2 .
De préférence, la rugosité de la couche d’interfaçage 22 est comprise entre 10 nm et 10 pm, de préférence comprise entre 0,5 pm et 9 pm, préférentiellement comprise entre 0,5 mhi et 8 mhi, plus préférentiellement comprise entre 0,5 pm et 6 pm, avantageusement comprise entre 1 pm et 6 pm, plus avantageusement comprise entre 2 pm et 6 pm. Preferably, the roughness of the interfacing layer 22 is between 10 nm and 10 μm, preferably between 0.5 μm and 9 μm, preferably between 0.5 mhi and 8 mhi, more preferably between 0.5 pm and 6 pm, advantageously between 1 pm and 6 pm, more advantageously between 2 pm and 6 pm.
La rugosité de la couche d’interfaçage 22 permet de générer une meilleure percolation électrique au sein de l’électrode 21 et d’augmenter la surface d’échange d’électron avec le collecteur de courant 23. The roughness of the interfacing layer 22 makes it possible to generate better electrical percolation within the electrode 21 and to increase the electron exchange surface with the current collector 23.
De préférence, dans tous les modes de réalisations, la couche d’interfaçage 22 présente un taux de recouvrement R(ci/s) de la première face 201 du substrat 20 strictement inférieur à 1. La première face 201 du substrat 20 n’est ainsi pas entièrement recouverte par la couche d’interfaçage 22. Preferably, in all the embodiments, the interfacing layer 22 has an coverage rate R (ci / s) of the first face 201 of the substrate 20 which is strictly less than 1. The first face 201 of the substrate 20 is not thus not entirely covered by the interfacing layer 22.
La couche d’interfaçage 22 présente une face en contact avec la première face 201 du substrat 20. The interfacing layer 22 has one face in contact with the first face 201 of the substrate 20.
Par exemple, la face de la couche d’interfaçage 22 en contact avec la première face 201 du substrat 20 correspond à la face 222 de la Figure 2, ou à l’ensemble des bases 401 des éléments discrets 40 de la Figure 3. For example, the face of the interfacing layer 22 in contact with the first face 201 of the substrate 20 corresponds to the face 222 of Figure 2, or to the set of bases 401 of the discrete elements 40 of Figure 3.
La face en contact avec la première face 201 du substrat 20 présente une aire A22.The face in contact with the first face 201 of the substrate 20 has an area A22.
La première face 201 du substrat 20 présente une aire A201 . The first face 201 of the substrate 20 has an area A201.
Le taux de recouvrement R(ci/s) de la première face 201 du substrat 20 correspond au ratio entre l’aire A22 de la face en contact avec la première face 201 du substrat 20 et l’aire A201 de la première face 201 du substrat 20, et est calculé selon la formule suivante : The coverage rate R (ci / s) of the first face 201 of the substrate 20 corresponds to the ratio between the area A22 of the face in contact with the first face 201 of the substrate 20 and the area A201 of the first face 201 of the substrate 20, and is calculated according to the following formula:
R(ci/s) = A22 / A201 R (ci / s) = A22 / A201
Le taux de recouvrement R(ci/s) est de préférence supérieur ou égal à 0,1 . The degree of recovery R (ci / s) is preferably greater than or equal to 0.1.
Préférentiellement, le taux de recouvrement R(ci/s) est compris entre 0,1 et 0,9, avantageusement compris entre 0,2 et 0,9. Preferably, the coverage rate R (ci / s) is between 0.1 and 0.9, advantageously between 0.2 and 0.9.
Moduler le taux de recouvrement de la première face 201 du substrat 20 permet de diminuer la résistance électrique entre le substrat 20 et l’électrode 21 par rapport au cas où le substrat 20 est entièrement recouvert par la couche d’interfaçage 22 (taux de recouvrement égal à 1 ). Modulating the coverage rate of the first face 201 of the substrate 20 makes it possible to reduce the electrical resistance between the substrate 20 and the electrode 21 compared to the case where the substrate 20 is entirely covered by the interfacing layer 22 (coverage rate equal to 1).
Selon une variante, représentée en figure 9, le collecteur de courant 23 associé à l’électrode 21 pour former l’anode 16 comprend deux couches d’interfaçage 22. According to a variant, shown in Figure 9, the current collector 23 associated with the electrode 21 to form the anode 16 comprises two interfacing layers 22.
Les premières et deuxièmes couches d’interfaçage 22 présentent à la fois une rugosité telle que définie ci-dessus, et un taux de recouvrement de la première face 201 du substrat 20 strictement inférieur à 1 . The first and second interface layers 22 have both a roughness as defined above, and a coverage rate of the first face 201 of the substrate 20 strictly less than 1.
Sans vouloir être liés par une quelconque théorie, les inventeurs estiment que le fait que les électrons aient au moins quatre chemins possibles pour aller de l’électrode 21 au substrat 20 (en passant directement de l’électrode 21 au substrat 20 sans passer par aucun couche d’interfaçage, en passant uniquement par la première couche d’interfaçage 22, en passant uniquement par la deuxième couche d’interfaçage 22 ou en passant par les deux couches d’interfaçage 22, comme visible sur la Figure 9), chaque chemin ayant des caractéristiques de conductivité différentes permettant aux électrons d’emprunter un ou des chemins de manière préférentielle, la transmission des électrons est améliorée. Without wishing to be bound by any theory, the inventors believe that the fact that the electrons have at least four possible paths to go from the electrode 21 to the substrate 20 (by passing directly from the electrode 21 to the substrate 20 without passing through any interfacing layer, passing only through the first interfacing layer 22, passing only through the second interfacing layer 22 or passing through the two interfacing layers 22, as shown in Figure 9), each path having different conductivity characteristics allowing the electrons to take one or more paths in a preferential manner, the transmission of the electrons is improved.
La première face 201 du substrat 20 est de préférence sensiblement lisse. Par sensiblement lisse, on entend que la rugosité de la surface du substrat 20, mesurée grâce à un profilomètre, est inférieure ou égale à 500 nm, de préférence inférieure ou égale à 200 nm, préférentiellement inférieure ou égale à 80 nm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 50 nm, avantageusement inférieure ou égale à 20 nm. The first face 201 of the substrate 20 is preferably substantially smooth. By substantially smooth is meant that the roughness of the surface of the substrate 20, measured using a profilometer, is less than or equal to 500 nm, preferably less than or equal to 200 nm, preferably less than or equal to 80 nm, more preferably less or equal to 50 nm, advantageously less than or equal to 20 nm.
L’épaisseur e22 de la couche d’interfaçage 22 est de préférence comprise entre 10 nm et 10 pm. Si l’épaisseur de la couche d’interfaçage 22 est plus épaisse que 10 pm, la couche d’interfaçage occupe alors un volume et présente une masse trop importants au détriment des matériaux constituant l’électrode, ce qui induirait une perte en densité d’énergie au sein de la cellule électrochimique. D’autre part, l’épaisseur minimale de la couche d’interfaçage 22 est contrôlée par le procédé d’application et/ou la composition à partir duquel/de laquelle elle est obtenue. Par exemple, une couche d’interfaçage réalisée par enduction voie liquide peut présenter une épaisseur supérieure ou égale à 100 nm.. The thickness e22 of the interfacing layer 22 is preferably between 10 nm and 10 µm. If the thickness of the interfacing layer 22 is thicker than 10 μm, the interfacing layer then occupies a volume and has too great a mass to the detriment of the materials constituting the electrode, which would induce a loss in density d energy within the electrochemical cell. On the other hand, the minimum thickness of the interfacing layer 22 is controlled by the application process and / or the composition from which / from which it is obtained. For example, an interfacing layer produced by liquid coating may have a thickness greater than or equal to 100 nm.
Préférentiellement, l’épaisseur e22 de la couche d’interfaçage 22 est supérieure ou égale à 100 nm. Preferably, the thickness e22 of the interfacing layer 22 is greater than or equal to 100 nm.
Avantageusement, l’épaisseur e22 de la couche d’interfaçage 22 est comprise entre 0,5 pm et 6 pm. Advantageously, the thickness e22 of the interfacing layer 22 is between 0.5 μm and 6 μm.
Dans toute cette description, l’épaisseur de la couche d’interfaçage 22 correspond à la l’épaisseur maximale de ladite couche d’interfaçage 22. Throughout this description, the thickness of the interfacing layer 22 corresponds to the maximum thickness of said interfacing layer 22.
En complément d’améliorer la surface d’échange du collecteur de courant 23 avec l’électrode 21, la présence d’au moins une couche d’interfaçage 22 permet de limiter la détérioration ainsi que la délamination de l’anode 16, provoqué par l’expansion volumique du matériau d’intercalation de l’électrode 21. Ce phénomène est notamment très présent dans les anodes au silicium, cette matière active pouvant atteindre des changements de volume de 300%. In addition to improving the exchange surface of the current collector 23 with the electrode 21, the presence of at least one interfacing layer 22 makes it possible to limit the deterioration as well as the delamination of the anode 16, caused by the volume expansion of the intercalation material of the electrode 21. This phenomenon is particularly present in silicon anodes, this active material being able to reach volume changes of 300%.
Des exemples concrets, mais nullement limitatifs, illustrant des modes de réalisation du collecteur, vont maintenant être donnés. EXEMPLES Concrete, but in no way limiting, examples illustrating embodiments of the collector will now be given. EXAMPLES
Exemple 1 : Mesure de la rugosité de la couche d’interfaçage en fonction de sa composition La rugosité de trois couches d’interfaçage différentes a été mesurée. La composition de ces trois couches d’interfaçages diffère en ce que le taux de fibres parmi les additifs conducteurs est différent dans chacune des couches, ce qui permet d’évaluer l’impact de la forme de ces additifs sur la rugosité des couches d’interfaçage. Les compositions des trois couches d’interfaçage sont les suivantes : Formulation A : 0 %w de fibres pour 100%w d’additifs conducteursExample 1: Measurement of the roughness of the interfacing layer as a function of its composition The roughness of three different interfacing layers was measured. The composition of these three interfacing layers differs in that the rate of fibers among the conductive additives is different in each of the layers, which makes it possible to assess the impact of the shape of these additives on the roughness of the layers of interfacing. The compositions of the three interfacing layers are as follows: Formulation A: 0% w fibers for 100% w conductive additives
Formulation B : 23%w de fibres pour 100%w d’additifs conducteurs Formulation C : 39%w de fibres pour 100%w d’additifs conducteurs Le reste d’additifs conducteurs est constitué de particules ovoïdes. Formulation B: 23% w fibers for 100% w conductive additives Formulation C: 39% w fibers per 100% w conductive additives The remainder of the conductive additives consists of egg-shaped particles.
5 mesures de Rtm ont été effectuées sur chaque couche d’interfaçage, selon la méthode décrite dans la description. La mesure Rtm correspond à la moyenne des mesures de Rt de chaque zone, la surface d’analyse de chaque couche d’interfaçage étant divisée en 25 zones. 5 Rtm measurements were performed on each interfacing layer, according to the method described in the description. The Rtm measurement corresponds to the average of the Rt measurements of each zone, the analysis surface of each interfacing layer being divided into 25 zones.
Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau suivant : The results obtained are presented in the following table:
Ces résultats démontrent qu’il est possible de moduler la rugosité de la couche d’interfaçage par le choix des constituants de la composition et notamment via les additifs conducteurs. Ici, il est démontré que les particules sous forme de fibres génèrent une amplitude des reliefs plus importante et que plus la quantité massique de fibres dans la composition est élevée, plus cette amplitude augmente. Exemple 2 : Evaluation de l’adhésion de la couche d’interfaçage au substrat These results demonstrate that it is possible to modulate the roughness of the interfacing layer by the choice of the constituents of the composition and in particular via the conductive additives. Here, it is demonstrated that the particles in the form of fibers generate a greater amplitude of the reliefs and that the higher the quantity by mass of fibers in the composition, the more this amplitude increases. Example 2: Evaluation of the adhesion of the interfacing layer to the substrate
Une méthode de caractérisation a été mise au point afin d’évaluer la qualité de l’adhésion de la couche d’interfaçage au substrat. Pour cela, une caractérisation de résistance au pelage est effectuée sur un substrat enduit d’une ou plusieurs couches d’interfaçage par le biais d’un adhésif. Le protocole est le suivant : A characterization method has been developed to assess the quality of the adhesion of the interfacing layer to the substrate. For this, a peel strength characterization is performed on a substrate coated with one or more interfacing layers through an adhesive. The protocol is as follows:
Application de l’adhésif à la surface de la couche d’interfaçage ayant une force d’adhésion au pelage 180° de 7,5 N/cm (ASTM D3330) Application of adhesive to the surface of the interfacing layer having a 180 ° peel strength of 7.5 N / cm (ASTM D3330)
Presser l’adhésif sur la couche d’interfaçage avec un rouleau de 2,6 kg. Afin que la pression pour appliquer l’adhésif sur le revêtement soit la même pour les différents échantillons analysés et pour permettre une meilleure reproductibilité de l’essai. Press the adhesive onto the interfacing layer with a 2.6 kg roller. So that the pressure to apply the adhesive to the coating is the same for the different samples analyzed and to allow better reproducibility of the test.
Retirer l’adhésif de la couche d’interfaçage avec un pelage à 180°. Remove the adhesive from the interfacing layer with a 180 ° peel.
Analyser l’aspect de la couche d’interfaçage et de la face de l’adhésif au contact du revêtement. Si la couche d’interfaçage a été retiré totalement du substrat dans certaines zones et est présente sur l’adhésif, il y a délaminage : l’adhésion de la couche d’interfaçage au substrat est considérée de mauvaise qualité. Analyze the appearance of the interfacing layer and the face of the adhesive in contact with the coating. If the interfacing layer has been completely removed from the substrate in certain areas and is present on the adhesive, there is delamination: the adhesion of the interfacing layer to the substrate is considered to be of poor quality.
3 configurations de collecteur de courant ont été étudiées : 3 current collector configurations have been studied:
Echantillon A (EchA): couche d’interfaçage formée à partir d’une composition C2 dont la teneur en masse de matériau liant est comprise entre 60% et 65%, la teneur en masse d’additif conducteur est comprise entre 35% et 40%, déposée sur un feuillet en cuivre avec un taux de recouvrement de 0,9. Sample A (EchA): interfacing layer formed from a C2 composition whose content by mass of binder material is between 60% and 65%, the content by mass of conductive additive is between 35% and 40 %, deposited on a copper foil with a recovery rate of 0.9.
Echantillon B (EchB): couche d’interfaçage formée à partir d’une composition C3 dont la teneur en masse de matériau liant est comprise entre 50% et 55%, la teneur en masse d’additif conducteur est comprise entre 45% et 50%, déposée sur un feuillet en cuivre avec un taux de recouvrement de 0,27. Sample B (EchB): interfacing layer formed from a C3 composition whose content by mass of binder material is between 50% and 55%, the content by mass of conductive additive is between 45% and 50 %, deposited on a copper foil with a recovery rate of 0.27.
Echantillon C (EchC): première couche d’interfaçage formée à partir d’une composition C2 identique à celle de l’échantillon EchA, déposée sur un feuillet en cuivre et formation d’une deuxième couche d’interfaçage formée à partir d’une composition C3 identique à l’échantillon EchB déposée sur la couche d’interfaçage de composition C2, formant ainsi une superposition de couches d’interfaçage. Sample C (EchC): first interfacing layer formed from a C2 composition identical to that of the EchA sample, deposited on a copper sheet and formation of a second interfacing layer formed from a composition C3 identical to the EchB sample deposited on the interfacing layer of composition C2, thus forming a superposition of interfacing layers.
La nature du matériau liant et celle de l’additif conducteur sont les mêmes entre la composition C2 et la composition C3. The nature of the binder material and that of the conductive additive are the same between composition C2 and composition C3.
La résistance au pelage des couches d’interfaçage des différents échantillons a été caractérisée avec le protocole détaillé ci-dessus. The peel resistance of the interfacing layers of the different samples was characterized using the protocol detailed above.
Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau suivant : The results obtained are presented in the following table:
Il n’a pas été constaté de délamination pour l’échantillon EchA contrairement à l’échantillon EchB. La teneur en matériau liant est plus importante dans la composition C2 de l’échantillon EchA que dans celle dans la composition C3 de l’échantillon EchB. Ceci permet donc une meilleure adhésion de la couche d’interfaçage sur le feuillet en cuivre. Cependant, l’échantillon EchC n’a pas présenté de délamination. Donc la couche d’interfaçage de composition C3 présente une adhésion de bonne qualité sur la couche d’interfaçage C2. Ainsi, la superposition de différentes couches d’interfaçages permet l’utilisation d’une composition C3 dont la teneur en additif conducteur est plus importante que dans la composition C2 et génère par ce biais une meilleure qualité d’interface et une meilleure percolation électrique au contact de l’électrode. On peut alors supposer que cette superposition permet donc une qualité d’adhésion électrode/substrat via C2 et un boost des performances électriques via la couche obtenue à partir de la composition C3. On met ainsi en évidence que cette superposition de couches d’interfaçage permet d’introduire une nouvelle une interface, voire interphase à gradient contrôlé de conductivité, plus conductrice, ce qui n’était pas possible sans cette mise en forme. Dans le cas de l’échantillon EchC, les bénéfices apportés par chaque couche d’interfaçage sont alors cumulés, ce qui permet de maximiser les performances de l’anode grâce à leurs interactions. No delamination was found for the EchA sample unlike the EchB sample. The content of binder material is greater in composition C2 of the EchA sample than in composition C3 of the EchB sample. This therefore allows better adhesion of the interfacing layer to the copper sheet. However, the EchC sample did not show any delamination. Therefore, the interfacing layer of composition C3 exhibits good adhesion to the interfacing layer C2. Thus, the superposition of different interfacing layers allows the use of a composition C3 whose content of conductive additive is greater than in composition C2 and thereby generates a better quality of interface and better electrical percolation at the electrode contact. We can then assume that this superposition therefore allows a quality of electrode / substrate adhesion via C2 and a boost in electrical performance via the layer obtained from composition C3. It is thus demonstrated that this superposition of interfacing layers makes it possible to introduce a new interface, or even an interphase with a controlled conductivity gradient, which is more conductive, which was not possible without this shaping. In the case of the EchC sample, the benefits provided by each interface layer are then cumulated, which makes it possible to maximize the performance of the anode thanks to their interactions.
On peut également supposer qu’un résultat similaire serait obtenu si la nature du matériau liant de la composition C3 était différente de celle de la composition C2. En effet, le choix du matériau liant de la composition C3 peut être adapté pour une meilleure compatibilité avec la composition de l’électrode et l’adhésion de cet ensemble sur le feuillet métallique est assurée par la composition C2. Ainsi, cette mise en forme permet d’élargir le choix du matériau liant et/ou de l’additif conducteur ainsi que leur teneur en masse dans la composition de la couche d’interfaçage au contact de l’électrode car cette dernière n’est pas limitée par sa capacité à adhérer sur le feuillet métallique. It can also be assumed that a similar result would be obtained if the nature of the binder material of composition C3 was different from that of composition C2. Indeed, the choice of the binder material of composition C3 can be adapted for better compatibility with the composition of the electrode and the adhesion of this assembly to the metal sheet is ensured by composition C2. Thus, this shaping makes it possible to widen the choice of the binder material and / or of the conductive additive as well as their mass content in the composition of the interfacing layer in contact with the electrode because the latter is not not limited by its ability to adhere to the metal foil.
Par ailleurs, la Demanderesse a montré que la géométrie des bases de la couche d’interfaçage formée à partir de la composition C3 n’a pas d’impact significatif sur les résultats de ce test d’adhésion. Exemple 3 : Mesure de l’impédance de cellules électrochimiques comprenant différentes couches d’interfaçage Furthermore, the Applicant has shown that the geometry of the bases of the interfacing layer formed from composition C3 has no significant impact on the results of this adhesion test. Example 3: Measurement of the impedance of electrochemical cells comprising different interfacing layers
Les cellules électrochimiques sont réalisées avec les couches successives suivantes : The electrochemical cells are made with the following successive layers:
Un collecteur de courant A current collector
Une électrode déposée sur le premier collecteur de courant, le matériau d’intercalation Ml étant du Silicium S’tile, matériau liant ML1 du PAA (ThermoFisher Scientific), l’additif conducteur AC1 du carbone SUPER P®-Li (Imerys Graphite & Carbon) An electrode deposited on the first current collector, the intercalation material M1 being Silicium S'tile, ML1 binding material of PAA (ThermoFisher Scientific), the conductive additive AC1 of SUPER P®-Li carbon (Imerys Graphite & Carbon )
Un séparateur, membrane en polypropylène (de type Celgard®), qui est une imprégné d'un électrolyte de type LiPF6 EC DMC 2% FEC A separator, polypropylene membrane (Celgard® type), which is impregnated with an electrolyte of the type LiPF6 EC DMC 2% FEC
Une contre-électrode en Lithium métal. A lithium metal counter-electrode.
L’ensemble de ces éléments présente un système multicouche monté en « pile bouton » (coin cell en anglais) formant ainsi la cellule électrochimique. Dans ce montage l’électrode contenant du silicium ne peut pas être considéré comme « négative » car la contre-électrode étant du Lithium métal. All of these elements present a multilayer system mounted in a "button cell" (corner cell in English) thus forming the electrochemical cell. In this assembly, the electrode containing silicon cannot be considered "negative" because the counter electrode is lithium metal.
Cinq cellules électrochimiques sont réalisées, comprenant cinq collecteurs de courant différents : un collecteur de courant de référence (CCREF1), en tant qu’exemple comparatif, composé d’un feuillet en cuivre (Circuit Foil) d’une épaisseur de 10 pm, sans couche d’interfaçage, un collecteur de courant de référence 2 (CCREF2), en tant que deuxième exemple comparatif, composé d’un feuillet en cuivre (Circuit Foil) d’une épaisseur de 10 pm, ainsi qu’une couche d’interfaçage avec un taux de recouvrement de 1 (100%), composé de 45% d’additif conducteur et 55% de matériau liant, d’une épaisseur de 3 pm, et d’une rugosité de 0,5 pm. un collecteur de courant (CC1 ) selon le mode de réalisation de la Figure 5, composé d’un feuillet en cuivre (Circuit Foil) d’une épaisseur de 10pm, ainsi qu’une couche d’interfaçage structuré en un réseau d’une pluralité d’éléments disposés en quinconce, dont la base de chaque élément est un carré, le taux de recouvrement de 0,27 (soit 27 % sur la surface du substrat), composé de 45% d’additif conducteur et 55% de matériau liant, d’une hauteur d’éléments de 3 pm. un collecteur de courant (CC2) selon le mode de réalisation de la Figure 4, composé d’un feuillet en cuivre (Circuit Foil) d’une épaisseur de 10 pm, ainsi qu’une couche d’interfaçage structuré en un réseau d’une pluralité d’éléments, dont la base de chaque élément est un disque, le taux de recouvrement de 0,21 (soit 21 % sur la surface du substrat), composé de 45% d’additif conducteur et 55% de matériau liant, d’une hauteur d’éléments de 3 pm. un collecteur de courant (CC3) selon le mode de réalisation de la Figure 6, composé d’un feuillet en cuivre (Circuit Foil) d’une épaisseur de 10 pm, ainsi qu’une couche d’interfaçage structuré en un réseau d’une pluralité d’éléments disposés en quinconce, dont la base de chaque élément est un disque, le taux de recouvrement de 0,27 (soit 27 % sur la surface du substrat), composé de 45% d’additif conducteur et 55% de matériau liant, d’une hauteur d’éléments de 2 pm. Five electrochemical cells are produced, comprising five different current collectors: a reference current collector (CCREF1), as a comparative example, composed of a copper sheet (Circuit Foil) with a thickness of 10 μm, without interfacing layer, a reference current collector 2 (CCREF2), as a second comparative example, composed of a copper foil (Circuit Foil) with a thickness of 10 μm, as well as an interfacing layer with a coverage rate of 1 (100%), composed of 45% conductive additive and 55% binder material, with a thickness of 3 µm, and a roughness of 0.5 µm. a current collector (CC1) according to the embodiment of Figure 5, composed of a copper sheet (Circuit Foil) with a thickness of 10 μm, as well as an interfacing layer structured in a network of plurality of elements arranged in staggered rows, of which the base of each element is a square, the coverage rate of 0.27 (i.e. 27% on the surface of the substrate), composed of 45% of conductive additive and 55% of material binder, with an element height of 3 μm. a current collector (CC2) according to the embodiment of Figure 4, composed of a copper sheet (Circuit Foil) with a thickness of 10 μm, as well as an interfacing layer structured in a network of a plurality of elements, of which the base of each element is a disk, the coverage rate of 0.21 (i.e. 21% on the surface of the substrate), composed of 45% conductive additive and 55% binder material, element height of 3 µm. a current collector (CC3) according to the embodiment of Figure 6, composed of a copper sheet (Circuit Foil) with a thickness of 10 μm, as well as an interfacing layer structured in a network of a plurality of elements arranged in staggered rows, the base of each element of which is a disk, the coverage rate of 0.27 (i.e. 27% on the surface of the substrate), composed of 45% of conductive additive and 55% of binder material, element height of 2 µm.
Les performances électrochimiques des cellules ont été caractérisées par un multipotentiostat VMP3 (Biologie). The electrochemical performances of the cells were characterized by a VMP3 multipotentiostat (Biology).
Un cycle de formation entre 1 ,2 V et 10mV vs Li/Li+ à la vitesse C/20 (calculé sur la capacité théorique) a été réalisé afin de former la couche d'interphase électrolyte solide (SEI) sur l'électrode silicium et de s'assurer que l’électrode soit fonctionnelle. A training cycle between 1, 2 V and 10mV vs Li / Li + at the speed C / 20 (calculated on the theoretical capacity) was carried out in order to form the solid electrolyte interphase layer (SEI) on the silicon electrode and ensure that the electrode is functional.
Les spectres de spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) ont ensuite été enregistrés sur la gamme de fréquences variant entre 500 kFlz et 10 mFlz, à une amplitude de 5 mV. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) spectra were then recorded over the frequency range varying between 500 kFlz and 10 mFlz, at an amplitude of 5 mV.
La spectroscopie d’impédance électrochimique est une technique utile pour étudier les phénomènes électrochimiques et physiques aux interfaces collecteur de courant/électrode/électrolyte de la cellule électrochimique. Elle repose sur l’étude de la fonction de transfert de ces systèmes électrochimiques en régime stationnaire et linaire. Pour se placer dans ces conditions avec des systèmes non linéaires, une perturbation de faible amplitude est appliquée autour du point de fonctionnement supposé quasi stationnaire (système à l’équilibre). Dans ces travaux, les mesures d’impédance ont été réalisées en appliquant une perturbation sinusoïdale en potentiel d’une amplitude de 5 mV autour de la tension d’équilibre du système. Electrochemical impedance spectroscopy is a useful technique for studying electrochemical and physical phenomena at the current collector / electrode / electrolyte interfaces of the electrochemical cell. It is based on the study of the transfer function of these electrochemical systems in stationary and linear regimes. To place itself in these conditions with nonlinear systems, a low amplitude disturbance is applied around the operating point assumed to be quasi stationary (system at equilibrium). In this work, impedance measurements were performed by applying a sinusoidal potential disturbance with an amplitude of 5 mV around the equilibrium voltage of the system.
La représentation de l’impédance dans le plan de Nyquist (non représenté) permet de mettre en évidence les différents phénomènes mis en jeu dans les cellules étudiées. The representation of the impedance in the Nyquist plane (not shown) makes it possible to highlight the different phenomena involved in the cells studied.
En effet, les spectres d’impédances obtenus (non représentés) correspondent aux différentes contributions au sein d’une cellule électrochimique : résistances de contacts qui peuvent résulter du montage de la cellule électrochimique et du collecteur de courant, résistance de transfert de charge, diffusion des ions Li+ au sein des électrodes etc. Afin de comparer les résistances résultantes du collecteur de courant, l’écart entre 2 points de fréquence différents correspondant à la largeur du demi-cercle obtenu par l’ensemble des contributions mentionnés ci-dessus est mesuré, ce qui permet d’obtenir la résistance « R EIS » aussi appelée impédance. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau ci-dessous : Indeed, the impedance spectra obtained (not shown) correspond to the different contributions within an electrochemical cell: contact resistances which may result from the assembly of the electrochemical cell and of the current collector, charge transfer resistance, diffusion Li + ions within the electrodes etc. In order to compare the resulting resistances of the current collector, the difference between 2 different frequency points corresponding to the width of the semicircle obtained by all the contributions mentioned above is measured, which makes it possible to obtain the resistance “R EIS” also called impedance. The results obtained are presented in the table below:
Ces résultats illustrent le fait que les différences en impédance pour les collecteurs de courant peuvent être liées au taux de recouvrement. En effet, il est constaté une impédance plus faible pour les collecteurs de courants disposant d’un revêtement ayant un taux de recouvrement de 0,27 (CC1 et CC3) en comparaison avec le collecteur de courant disposant d’un taux de recouvrement de 0,21 (CC2). These results illustrate that the differences in impedance for current collectors can be related to the recovery rate. Indeed, it is observed a lower impedance for the current collectors having a coating having a recovery rate of 0.27 (CC1 and CC3) in comparison with the current collector having a recovery rate of 0 , 21 (CC2).
Ces différences peuvent aussi être liées à la hauteur des éléments constituant la souche d’interfaçage, car la hauteur des éléments du collecteur de courant CC1 est plus importante que celle des éléments du collecteur de courant CC3 et génère ainsi une surface de contact électrique plus importante avec l’électrode. Aussi, la géométrie et l’aire de chaque élément constituant la couche d’interfaçage peuvent participer aux variations des impédances mesurées. These differences can also be related to the height of the elements constituting the interfacing strain, because the height of the elements of the current collector CC1 is greater than that of the elements of the current collector CC3 and thus generates a larger electrical contact surface. with the electrode. Also, the geometry and area of each element constituting the interfacing layer can participate in the variations of the measured impedances.

Claims

REVENDICATIONS
1. Collecteur de courant (23) pour anode (16), le collecteur de courant (23) comportant : 1. Current collector (23) for anode (16), the current collector (23) comprising:
- un substrat (20) présentant une première face (201 ), et- a substrate (20) having a first face (201), and
- au moins une couche d’interfaçage (22) présentant une épaisseur inférieure à 10 micromètres, préférentiellement inférieure à 6 micromètres, en contact avec la première face (201) du substrat (20), la couche d’interfaçage (22) présentant une rugosité dont la profondeur est comprise entre 0,5 micromètre et 10 micromètres. - at least one interfacing layer (22) having a thickness less than 10 micrometers, preferably less than 6 micrometers, in contact with the first face (201) of the substrate (20), the interfacing layer (22) having a roughness the depth of which is between 0.5 micrometers and 10 micrometers.
2. Collecteur de courant (23) selon la revendication 1 , dans lequel la couche d’interfaçage (22) présente une deuxième face (222) en contact avec la première face (201 ) du substrat (20), la deuxième face (222) de la couche d’interfaçage (22) présentant une aire (A22) et la première face (201 ) du substrat (20) présentant une aire (A201), le ratio entre l’aire (A22) de la deuxième face (222) de la couche d’interfaçage (22) et l’aire (A201) la première face (201) du substrat (20) étant compris entre 0,1 et 1 . 2. Current collector (23) according to claim 1, wherein the interfacing layer (22) has a second face (222) in contact with the first face (201) of the substrate (20), the second face (222). ) of the interfacing layer (22) having an area (A22) and the first face (201) of the substrate (20) having an area (A201), the ratio between the area (A22) of the second face (222) ) of the interfacing layer (22) and the area (A201), the first face (201) of the substrate (20) being between 0.1 and 1.
3. Collecteur de courant (23) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche d’interfaçage (22) est réalisée par enduction d’une deuxième composition (C2), la deuxième composition (C2) comprenant un deuxième matériau liant (ML2) et un deuxième additif conducteur (AC2). 3. Current collector (23) according to claim 1 or 2, wherein the interfacing layer (22) is produced by coating with a second composition (C2), the second composition (C2) comprising a second binder material ( ML2) and a second conductive additive (AC2).
4. Collecteur de courant (23) selon la revendication 1 , dans lequel la couche d’interfaçage (22) consiste en un réseau (38) comportant une pluralité d’éléments (40) disposés sur la première face (201) du substrat (20), chaque élément (40) étant séparé d’un autre élément (40) adjacent par d’une distance (Dadj) comprise entre 200 micromètres et 2500 micromètres, la distance (Dadj) séparant deux éléments (40) adjacents étant la plus petite distance entre un point d’un premier élément (40) et un point d’un deuxième élément (40) adjacent au premier élément (40). 4. Current collector (23) according to claim 1, wherein the interfacing layer (22) consists of an array (38) comprising a plurality of elements (40) disposed on the first face (201) of the substrate ( 20), each element (40) being separated from another adjacent element (40) by a distance (Dadj) of between 200 micrometers and 2500 micrometers, the distance (Dadj) separating two adjacent elements (40) being the most small distance between a point of a first element (40) and a point of a second element (40) adjacent to the first element (40).
5. Collecteur de courant (23) selon la revendication 4, dans lequel la couche d’interfaçage (22) est réalisée par enduction d’une troisième composition (C3), la troisième composition (C3) comprenant un troisième additif conducteur (AC3) et éventuellement un troisième matériau liant (ML3). 5. Current collector (23) according to claim 4, wherein the interfacing layer (22) is produced by coating with a third composition (C3), the third composition (C3) comprising a third conductive additive (AC3) and optionally a third binder material (ML3).
6. Collecteur de courant (23) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel chaque élément (40) présente une base (401 ), la base (401) de chaque élément (40) étant un polygone ou un disque ou un ovale. 6. Current collector (23) according to claim 4 or 5, wherein each element (40) has a base (401), the base (401) of each element (40) being a polygon or a disc or an oval.
7. Collecteur de courant (23) selon la revendication 6, dans lequel la base (401) des éléments (40) de la couche d’interfaçage (22) présente un taux de recouvrement de la première face (201) du substrat (20) compris entre 0,1 et 0,9, préférentiellement entre 0,2 et 0,5. 7. Current collector (23) according to claim 6, wherein the base (401) of the elements (40) of the interfacing layer (22) has a coverage rate of the first face (201) of the substrate (20). ) between 0.1 and 0.9, preferably between 0.2 and 0.5.
8. Collecteur de courant (23) selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel chaque élément (40) présente une hauteur (H40) inférieure ou égale à 10 micromètres. 8. Current collector (23) according to any one of claims 4 to 7, wherein each element (40) has a height (H40) less than or equal to 10 micrometers.
9. Collecteur de courant (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la couche d’interfaçage (22) présente un taux de recouvrement de la première face (201) du substrat (20) strictement inférieur à 1 . 9. Current collector (23) according to any one of claims 1 to 8, wherein the interfacing layer (22) has a coverage rate of the first face (201) of the substrate (20) strictly less than 1. .
10. Collecteur de courant (23) selon la revendication 2 ou 3, comprenant en outre au moins une deuxième couche d’interfaçage (22), la deuxième couche d’interfaçage (22) consistant en un réseau (38) comportant une pluralité d’éléments (40) disposés sur la première face (201 ) du substrat (20), chaque élément (40) étant séparé d’un autre élément (40) adjacent par d’une distance (Dadj) comprise entre 200 micromètres et 2500 micromètres, la distance (Dadj) séparant deux éléments (40) adjacents étant la plus petite distance entre un point d’un premier élément (40) et un point d’un deuxième élément (40) adjacent au premier élément (40), la première couche d’interfaçage (22) et la deuxième couche d’interfaçage (22) étant superposées l’une sur l’autre. 10. A current collector (23) according to claim 2 or 3, further comprising at least a second interfacing layer (22), the second interfacing layer (22) consisting of an array (38) comprising a plurality of 'elements (40) arranged on the first face (201) of the substrate (20), each element (40) being separated from another adjacent element (40) by a distance (Dadj) of between 200 micrometers and 2500 micrometers , the distance (Dadj) separating two adjacent elements (40) being the smallest distance between a point of a first element (40) and a point of a second element (40) adjacent to the first element (40), the first interfacing layer (22) and the second interfacing layer (22) being superimposed on each other.
11. Anode (16) pour accumulateur électrochimique (10), l’anode (16) comportant : 11. Anode (16) for an electrochemical accumulator (10), the anode (16) comprising:
- un collecteur de courant (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, et - a current collector (23) according to any one of claims 1 to 10, and
- une électrode (21 ) réalisée selon une première composition (C1 ), la première composition (C1) comportant un matériau d’intercalation (Ml), un premier matériau liant (ML1 ) et un premier additif conducteur (AC1), le matériau d’intercalation (Ml) comprenant du silicium, l’électrode (21) présentant une face (212), la première face (201) du substrat (20) et la face (212) de l’électrode (21) étant en regard et la couche d’interfaçage (22) étant disposée entre le substrat (20) et l’électrode (21) et en contact avec la première face (201) du substrat (20) et la face (212) de l’électrode (21). - an electrode (21) produced according to a first composition (C1), the first composition (C1) comprising an intercalation material (M1), a first binder material (ML1) and a first conductive additive (AC1), the material d 'intercalation (M1) comprising silicon, the electrode (21) having a face (212), the first face (201) of the substrate (20) and the face (212) of the electrode (21) being opposite and the interfacing layer (22) being disposed between the substrate (20) and the 'electrode (21) and in contact with the first face (201) of the substrate (20) and the face (212) of the electrode (21).
12. Anode selon la revendication 11 , dans laquelle la teneur en silicium du matériau d’intercalation (Ml) est supérieure ou égale à 30%, de préférence supérieure ou égale à 60% en masse. 12. Anode according to claim 11, wherein the silicon content of the intercalation material (M1) is greater than or equal to 30%, preferably greater than or equal to 60% by mass.
13. Anode selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle le matériau d’intercalation (Ml) est du silicium. 13. The anode of claim 11 or 12, wherein the intercalation material (M1) is silicon.
14. Accumulateur électrochimique (10) comportant un collecteur (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 ou une anode selon l’une quelconque des revendications 11 à 13. 14. An electrochemical accumulator (10) comprising a collector (23) according to any one of claims 1 to 10 or an anode according to any one of claims 11 to 13.
15. Dispositif de stockage d’énergie comportant au moins un accumulateur selon la revendication 14. 15. An energy storage device comprising at least one accumulator according to claim 14.
16. Procédé de fabrication d’un collecteur de courant (23) pour anode (16), le procédé comportant : 16. A method of manufacturing a current collector (23) for an anode (16), the method comprising:
- une étape de fourniture d’un substrat (20) présentant une première face (201), et - a step of providing a substrate (20) having a first face (201), and
- une étape de dépôt par enduction sur la première face (201) du substrat (20) d’au moins une couche d’interfaçage (22), la couche d’interfaçage (22) présentant une épaisseur inférieure à 10 micromètres, préférentiellement inférieure à 6 micromètres, la couche d’interfaçage (22) présentant une rugosité dont la profondeur est comprise entre 0,5 micromètre et 10 micromètres. - a step of depositing by coating on the first face (201) of the substrate (20) at least one interfacing layer (22), the interfacing layer (22) having a thickness less than 10 micrometers, preferably less at 6 micrometers, the interfacing layer (22) exhibiting a roughness the depth of which is between 0.5 micrometer and 10 micrometers.
17. Procédé de fabrication d’une anode (16) pour accumulateur électrochimique (10), le procédé comprenant : 17. A method of manufacturing an anode (16) for an electrochemical accumulator (10), the method comprising:
- une étape de mise en œuvre des étapes du procédé de fabrication d’un collecteur de courant (23) pour anode (16) selon la revendication 15, - a step of implementing the steps of the manufacturing process of a current collector (23) for an anode (16) according to claim 15,
- une étape de préparation d’une première composition (C1) comportant un matériau d’intercalation (Ml), un premier matériau liant (ML1) et un premier additif conducteur (AC1), le matériau d’intercalation (Ml) comprenant du silicium, et - une étape de dépôt par enduction de la première composition (C1) sur la couche d’interfaçage (22) pour obtenir une électrode (21) présentant une face (212), la première face (201) du substrat (20) et la face (212) de l’électrode (21) étant en regard, et la couche d’interfaçage (22) étant en contact avec la première face (201) du substrat (20) et la face (212) de l’électrode (21). - a step of preparing a first composition (C1) comprising an intercalation material (M1), a first binder material (ML1) and a first conductive additive (AC1), the intercalation material (M1) comprising silicon , and - a step of depositing by coating the first composition (C1) on the interfacing layer (22) to obtain an electrode (21) having a face (212), the first face (201) of the substrate (20) and the face (212) of the electrode (21) being opposite, and the interfacing layer (22) being in contact with the first face (201) of the substrate (20) and the face (212) of the electrode ( 21).
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