EP4348734A1 - Liants d'électrode comprenant un mélange d'un polymère basé sur le polybutadiène et d'un polymère basé sur le polynorbornène, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie - Google Patents

Liants d'électrode comprenant un mélange d'un polymère basé sur le polybutadiène et d'un polymère basé sur le polynorbornène, électrodes les comprenant et leur utilisation en électrochimie

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EP4348734A1
EP4348734A1 EP22814658.5A EP22814658A EP4348734A1 EP 4348734 A1 EP4348734 A1 EP 4348734A1 EP 22814658 A EP22814658 A EP 22814658A EP 4348734 A1 EP4348734 A1 EP 4348734A1
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EP
European Patent Office
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mol
electrode material
metal
binder composition
formula
Prior art date
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Pending
Application number
EP22814658.5A
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German (de)
English (en)
Inventor
Benoît FLEUTOT
Emmanuelle Garitte
Jean-Christophe Daigle
Marie-claude GIRARD
Amélie FORAND
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.)
Hydro Quebec
Original Assignee
Hydro Quebec
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Filing date
Publication date
Application filed by Hydro Quebec filed Critical Hydro Quebec
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • TECHNICAL FIELD This application relates to the field of polymers and their use in electrochemical applications. More particularly, the present application relates to the field of polymer binders, to electrode materials comprising them, to their production methods and to their use in electrochemical cells, in particular in so-called all-solid-state batteries. STATE OF THE ART
  • An ideal all-solid-state electrochemical system would consist of a negative electrode, a solid electrolyte, and a composite positive electrode composed of an electrochemically active material, the solid electrolyte, and possibly a conductive material. electronic. All of which can form a monolithic whole.
  • One of the key elements of an all-solid-state electrochemical system is the dispersion of each of its constituents. Indeed, the solid elements may tend to agglomerate during the mixing step with the binder, thus making the electrode material non-homogeneous.
  • the strategies employed to solve this problem one finds the encapsulation of the particles of the various constituents of the system with coating materials allowing a better dispersion of these.
  • These Dispersion problems can also be reduced significantly through the use of binders, additives or dispersion media resulting in better particle dispersion.
  • Polymers based on norbornene have been described as additives in the PCT patent application published under the number WO2020/061710 (Daigle et al.), these being added to a polymer binder.
  • Polynorbornenes are added, for example, in order to suppress or reduce parasitic reactions such as the formation of lithium fluoride (LiF) and hydrofluoric acid (HF) resulting from the degradation of carbon-fluorine (C-F) bonds.
  • Korean patent published under number KR 10-2193945 and PCT patent application published under number WO2019/004714 describe a method for manufacturing a solid electrolyte film comprising a sulfide-based solid electrolyte and a composite electrode making it possible to improve the properties of dispersion, density and ionic conductivity between the particles of solid electrolyte and between the particles of solid electrolyte and the particles of active material by crystallization from an amorphous to crystalline state.
  • a copolymer based on norbornene is used, in particular poly(ethylene-co-propylene-co-5-methylene-2-norbornene (PEPMNB).
  • the present technology relates to a binder composition
  • a binder composition comprising a blend comprising a polybutadiene-based polymer and a polynorbornene-based polymer comprising norbornene-based monomer units derived from the polymerization of a compound of Formula I:
  • R 1 and R 2 are independently and at each occurrence chosen from a hydrogen atom, a carboxyl group (-COOH), a sulphonic acid group (-SO 3 H), a hydroxyl group (-OH), a fluorine atom and a chlorine atom.
  • the polynorbornene-based polymer is a polymer of
  • R 1 and R 2 are as defined herein, and n is a natural integer chosen so that the weight-average molecular weight of the polymer of Formula II is between approximately 10,000 g/mol and approximately 100,000 g/mol, upper and lower bounds included.
  • the weight average molecular weight of the polymer of Formula II is between about 12,000 g/mol and about 85,000 g/mol, or between about 15,000 g/mol and about 75,000 g/mol. , or between approximately 20,000 g/mol and approximately 65,000 g/mol, or between approximately 25,000 g/mol and approximately 55,000 g/mol, or between approximately 25,000 g/mol and approximately 50,000 g/mol, upper and lower limits included.
  • R 1 and R 2 are independently and at each occurrence chosen from a hydrogen atom and a —COOH group. According to one example, R 1 is a —COOH group and R 2 is a hydrogen atom. According to another example, R 1 and R 2 are both —COOH groups.
  • the polybutadiene-based polymer is polybutadiene. In another embodiment, the polybutadiene-based polymer is selected from epoxidized polybutadienes. According to one example, the epoxidized polybutadiene comprises repeating units of Formulas III, IV and V: and two terminal hydroxyl groups.
  • the epoxidized polybutadiene is of Formula VI: wherein, m is a whole number chosen such that the weight average molecular weight of the epoxidized polybutadiene of Formula VI is between about 1000 g/mol and about 1500 g/mol, upper and lower limits inclusive; and the epoxy equivalent weight is between about 100 g/mol and about 600 g/mol, upper and lower limits inclusive.
  • the epoxidized polybutadiene is a Poly bd MC 600E resin having a weight-average molecular weight of about 1300 g/mol and an epoxy equivalent weight of between about 400 g/mol and about 500 g/mol. , upper and lower bounds included.
  • the epoxidized polybutadiene is a Poly bd MC 605E resin having a weight-average molecular weight of approximately 1300 g/mol and an equivalent weight of epoxide between approximately 260 g/mol and approximately 330 g/mol, upper and lower limits included.
  • the polybutadiene-based polymer: polynorbornene-based polymer weight ratio ranges from about 6:1 to about 2:3, upper and lower bounds inclusive.
  • the weight ratio is in the range of about 5.5:1 to about 2:3, or about 5:1 to about 2:3, or about 4.5: 1 to about 2:3, or ranging from about 4:1 to about 2:3, or ranging from about 6:1 to about 1:1, or ranging from about 5.5:1 to about 1:1 , or ranging from about 5:1 to about 1:1 , or ranging from about 4.5:1 to about 1:1 , or ranging from about 4:1 to about 1:1 , upper and lower limits included .
  • the weight ratio is comprised in the interval going from approximately 4:1 to approximately 1:1, upper and lower limits included.
  • the present technology relates to a binder comprising a binder composition as defined herein.
  • the binder is used in an electrode material.
  • the present technology relates to an electrode material comprising an electrochemically active material and a binder as defined herein.
  • the electrochemically active material is selected from metal oxide, metal sulfide, metal oxysulfide, metal phosphate, metal fluorophosphate, metal oxyfluorophosphate, metal sulfate, metal halide of metal, a metal fluoride, sulphur, selenium and a combination of at least two of these.
  • the metal of the electrochemically active material is chosen from titanium (Ti), iron (Fe), manganese (Mn), vanadium (V), nickel (Ni), cobalt (Co), aluminum (Al), chromium (Cr), copper (Cu), zirconium (Zr), niobium (Nb) and a combination of at least two of these.
  • the electrochemically active material further comprises an alkali or alkaline-earth metal chosen from lithium (Li), sodium (Na), potassium (K) and magnesium (Mg).
  • the electrochemically active material is chosen from a non-alkaline or non-alkaline-earth metal, an intermetallic compound, a metal oxide, a metal nitride, a metal phosphide, a metal phosphate, a metal halide, metal fluoride, metal sulfide, metal oxysulfide, carbon, silicon (Si), a silicon-carbon composite (Si-C), a silicon oxide (SiO x ), a silicon oxide-carbon composite (SiO x -C), tin (Sn), a tin composite - carbon (Sn-C), a tin oxide (SnO x ), a tin oxide-carbon composite (SnO x -C), and a combination of at least two of these.
  • the electrochemically active material further comprises a doping element.
  • the electrochemically active material is in the form of particles.
  • the electrochemically material particles further comprise an encapsulating material.
  • the coating material is chosen from LhSiOs, LUTisOia, LiTaOs, UAIO2, LhO-ZrOa, LiNbOs, other similar materials and a combination of at least two of these.
  • the coating material is an electronically conductive material.
  • the electrode material further comprises an electronically conductive material.
  • the electronic conductive material is selected from the group consisting of carbon black, acetylene black, graphite, graphene, carbon fibers, carbon nanofibers, carbon nanotubes, and a combination at least two of these.
  • the surface of said electronically conductive material is grafted with at least one aryl group of Formula VII:
  • FG is a hydrophilic functional group; and n is a natural number ranging from 1 to 5, preferably n ranging from 1 to 3, preferably n is 1 or 2, or more preferably n is 1.
  • the hydrophilic functional group is a carboxylic acid or sulphonic acid functional group.
  • the aryl group of Formula VII is p-benzoic acid or p-benzenesulfonic acid.
  • the electrode material further includes an additive.
  • the additive is chosen from ionic conductive materials, inorganic particles, glass or glass-ceramic particles, ceramic particles, nano-ceramics, salts and a combination of at least two of these.
  • the additive comprises ceramic, glass or glass-ceramic particles based on fluoride, phosphide, sulphide, oxysulphide or oxide.
  • the additive is chosen from compounds of the LISICON, thio-LISICON, argyrodite, garnet, NASICON, perovskite type, oxides, sulphides, oxysulphides, phosphides, fluorides, in crystalline form and/or amorphous, and a combination of two or more thereof.
  • the additive is chosen from inorganic compounds of formulas MLZO (for example, M 7 La 3 Zr 2 0i 2 , M (7-a) La 3 Zr 2 Al b Oi 2 , M (7.
  • M a GebPcSd such as MioGeP2S-12
  • MGPSO e.g., M a Ge b P c S d O e
  • MSiPS for example, M a Si b P c S d such as M 10 S1P 2 S 12
  • MSiPSO e.g., M a Si b P c S d O e
  • MSnPS for example, M a Sn b P c S d such as MioSnP 2 Si 2
  • MSnPSO eg, M a Sn b P c S d O e
  • MPS for example, M a P b S c such as M 7 P 3 S 11
  • MPSO e.g., M a P b S c O d
  • MZPS e.g., M a Zn b P c S d
  • MZPSO e.g., M a Zn b P c S d
  • M is an alkali metal ion, an alkaline earth metal ion or a combination thereof, and wherein when M comprises an alkaline earth metal ion, then the number of M is adjusted to achieve electroneutrality;
  • X is selected from F, Cl, Br, I or a combination of at least two of these;
  • a, b, c, d, e and f are numbers other than zero and are independently in each formula selected to achieve electroneutrality;
  • v, w, x, y and z are non-zero numbers and are independently in each formula selected to yield a stable compound.
  • the additive is chosen from inorganic compounds of argyrodite type of formula LÎ 6 PS 5 X in which X is Cl, Br, I or a combination of at least two of these.
  • the additive is LI 6 PS 5 CI.
  • the present technology relates to an electrode comprising the electrode material as defined herein on a current collector. According to another aspect, the present technology relates to a self-supporting electrode comprising the electrode material as defined herein.
  • the present technology relates to an electrochemical cell comprising a negative electrode, a positive electrode and an electrolyte, in which at least one of the positive electrode or the negative electrode is as defined herein or comprises an electrode material as defined herein.
  • the electrolyte is a liquid electrolyte comprising a salt in a solvent.
  • the electrolyte is a gel electrolyte comprising a salt in a solvent and optionally a solvating polymer.
  • the electrolyte is a solid polymer electrolyte comprising a salt in a solvating polymer.
  • the electrolyte is a polymer-ceramic hybrid solid electrolyte.
  • the electrolyte comprises an inorganic solid electrolyte material.
  • the inorganic solid electrolyte material comprises ceramic, glass or glass-ceramic particles based on fluoride, phosphide, sulphide, oxysulphide or oxide.
  • the electrolyte material inorganic solid is chosen from compounds of the LISICON, thio-LISICON, argyrodites, garnets, NASICON, perovskites type, oxides, sulphides, oxysulphides, phosphides, fluorides, in crystalline and/or amorphous form, and a combination of at least two of these.
  • M is an alkali metal ion, an alkaline earth metal ion or a combination thereof, and wherein when M comprises an alkaline earth metal ion, then the number of M is adjusted to achieve electroneutrality;
  • the inorganic solid electrolyte material is chosen from inorganic compounds of the argyrodite type of formula LÎ 6 PS 5 X in which X is Cl, Br, I or a combination of at least two of these. this.
  • the inorganic solid electrolyte material is LI 6 PS 5 CI.
  • the present technology relates to an electrochemical accumulator comprising at least one electrochemical cell as defined here.
  • the electrochemical accumulator is a battery chosen from among a lithium battery, a lithium-ion battery, a sodium battery, a sodium-ion battery, a magnesium battery, a magnesium-ion battery. In another embodiment, the electrochemical accumulator is a so-called all-solid battery.
  • Figure 1 shows in (A) an image by SEM of Film 1, and in (B) the corresponding image of cartography by EDS allowing the analysis of the distribution of the elements Ni and S, as described in Example 4 Scale bars represent 300 ⁇ m and 100 ⁇ m respectively.
  • Figure 2 shows in (A) an SEM image of Film 2, and in (B) the corresponding EDS mapping image allowing the analysis of the distribution of the elements Ni and S, as described in Example 4 Scale bars represent 100 ⁇ m.
  • Figure 3 shows in (A) an SEM image of Film 3, and in (B) the corresponding EDS mapping image allowing the analysis of the distribution of the elements Ni and S, as described in Example 4 Scale bars represent 100 ⁇ m.
  • Figure 4 shows in (A) an SEM image of Film 4, and in (B) the corresponding EDS mapping image allowing the analysis of the distribution of the elements Ni and S, as described in Example 4 Scale bars represent 100 ⁇ m.
  • Figure 5 shows in (A) an SEM image of Film 5, and in (B) the corresponding EDS mapping image allowing the analysis of the distribution of the elements Ni and S, as described in Example 4 Scale bars represent 100 ⁇ m.
  • Figure 6 shows in (A) an SEM image of Film 7 allowing the different layers of the film to be observed, and in (B) an SEM image seen from above of this same film, as described in Example 4. Scale bars represent 100 ⁇ m.
  • Figure 7 shows in (A) an SEM image of Film 8 allowing the different layers of the film to be observed, and in (B) an SEM image seen from above of this same film, as described in Example 4. Scale bars represent 100 ⁇ m.
  • Figure 8 shows in (A) an SEM image of Film 9 allowing the different layers of the film to be observed, and in (B) an SEM image seen from above of this same film, as described in Example 4. Scale bars represent 100 ⁇ m.
  • Figure 9 shows a graph of discharge capacity (mAh/g) and coulombic efficiency (%) versus number of cycles for Cell 1 ( ⁇ ) and Cell 2 (A), as described in Example 5(b).
  • Figure 10 shows a graph of average charge and discharge potential (V) versus number of cycles for Cell 1 ( ⁇ ) and Cell 2 (A), as described in Example 5(b).
  • Figure 11 shows a graph of discharge capacity (mAh/g) and coulombic efficiency (%) versus number of cycles for Cell 3 ( ⁇ ), Cell 4 ( ) and Cell 5 ( A), as described in Example 5(b).
  • Figure 12 shows a graph of average charge and discharge potential (V) versus number of cycles for Cell 3 ( ⁇ ), Cell 4 ( ), and Cell 5 (A), as described in Figure 12. 'Example 5(b).
  • Figure 13 shows in (A) a plot of discharge capacity and coulombic efficiency (%) versus number of cycles for Cell 6 ( ⁇ ), Cell 7 (A), Cell 8 ( ), Cell 9 (T) and Cell 10 ( ⁇ ), as described in Example 5(b).
  • Figure 14 shows a graph of average charge and discharge potential (V) versus number of cycles for Cell 6 ( ⁇ ), Cell 7 (A), Cell 8 ( ), Cell 9 (T ) and Cell 10 as described in Example 5(b).
  • derived monomer units and equivalent terms, as used herein, refer to repeating polymer units obtained from the polymerization of a polymerizable monomer.
  • aryl refers to substituted or unsubstituted aromatic rings, the contributing atoms may form one ring or a plurality of fused rings.
  • Representative aryl groups include groups with 6 to 14 ring members.
  • aryl can include phenyl, naphthyl, etc.
  • the aromatic ring can be substituted at one or more positions of the ring with, for example, a carboxyl (-COOH) or sulphonic acid (-SO 3 H) group, an amine group, and other similar groups.
  • hydrophilic functional group designates functional groups attracted by water molecules.
  • the hydrophilic functional groups can generally be charged and/or capable of forming hydrogen bridges.
  • Non-limiting examples of hydrophilic functional groups include hydroxyl, carboxyl, sulfonic acid, phosphonic acid, amine, amide and other similar groups. The term further encompasses the salts of these groups, where appropriate.
  • self-supporting electrode refers to an electrode without a metallic current collector.
  • the chemical structures described here are drawn according to the conventions of the field. Also, when an atom, such as a carbon atom, as drawn appears to include an incomplete valence, then the valence is assumed to be satisfied by one or more hydrogen atoms even though they are not explicitly drawn.
  • the present technology relates to an electrode binder comprising a mixture of polymers, more specifically an electrode binder comprising a mixture of polymers for use in so-called all-solid electrochemical systems.
  • an electrode binder comprising a mixture including a polybutadiene-based polymer and a polynorbornene-based polymer comprising norbornene-based monomer units derived from the polymerization of a compound of Formula I:
  • R 1 and R 2 are independently and at each occurrence chosen from a hydrogen atom, a carboxyl group (-COOH), a sulphonic acid group (-SO3H), a hydroxyl group (-OH), a fluorine atom and a chlorine atom.
  • at least one of R 1 or R 2 is chosen from -COOH, -SO 3 H -OH, F, and Cl, which means that at least one of R 1 or R 2 is different from a hydrogen atom.
  • R 1 is a —COOH group and R 2 is a hydrogen atom.
  • At least one of R 1 or R 2 is a —COOH group and the norbornene-based monomer units are norbornene-based monomer units functionalized with a carboxylic acid.
  • R 1 is a —COOH group and R 2 is a hydrogen atom.
  • R 1 and R 2 are both —COOH groups.
  • the present technology also relates to an electrode binder comprising a mixture including a polybutadiene-based polymer and a polynorbornene-based polymer of Formula II:
  • R 1 and R 2 are as defined above, and n is a natural number chosen so that the weight-average molecular weight of the polymer of Formula II is between approximately 10,000 g/mol and approximately 100,000 g/mol as as determined by gel permeation chromatography (GPC), upper and lower limits included.
  • the mass average molecular weight of the polynorbornene-based polymer of Formula II is between about 12,000 g/mol and about 85,000 g/mol, or between about 15,000 g/mol and about 75,000 g/mol.
  • R 1 and R 2 are —COOH groups.
  • the polymer based on polynorbornene is of Formula II(a): in which,
  • R 2 and n are as defined previously.
  • polymer based on polynorbornene is of Formula 11(b):
  • the polymer based on the polynorbornene of Formulas II, 11(a) or 11(b) is a homopolymer.
  • the polymerization of a monomer based on norbornene of Formula I can be carried out by all known and compatible polymerization methods.
  • the polymerization of the compound of Formula I can be carried out by the synthetic process described by Commarieu, B. et al. (Commarieu, Basile, et al. "Ultrahigh T g Epoxy Thermosets Based on Insertion Polynorbornenes", Macromolecules, 49.3 (2016): 920-925).
  • the polymerization of the compound of Formula I can also be carried out by an addition polymerization process.
  • polynorbornene-based polymers produced by an addition polymerization process can be substantially stable under severe conditions (eg, acidic and basic conditions). Addition polymerization of polynorbornene-based polymers can be performed using inexpensive norbornene-based monomers.
  • the glass transition temperature (T g ) obtained with polynorbornene-based polymers produced by this polymerization route can be at or above about 300°C, for example, as high as 350°C.
  • the polybutadiene-based polymer may be characterized by substantially higher elasticity or flexibility and/or a substantially lower glass transition temperature (T v ) than the polynorbornene-based polymer of Formulas II , ll(a) or ll(b).
  • the polybutadiene-based polymer can be polybutadiene.
  • the polybutadiene-based polymer can be functionalized polybutadiene or a polymer derived from polybutadiene.
  • functionalized polybutadiene or polymer derived from polybutadiene may be characterized by substantially higher elasticity or flexibility, and/or by substantially lower glass transition temperature (T v ) and /or can improve the mechanical or cohesive properties of the electrode binder.
  • the polymer based on polybutadiene is chosen from epoxidized polybutadienes, for example epoxidized polybutadienes having reactive terminal groups.
  • the reactive terminal groups can be hydroxyl groups.
  • the epoxidized polybutadiene can comprise repeating units of Formulas III, IV and V:
  • the mass average molecular weight of the epoxidized polybutadiene comprising repeating units of Formulas III, IV and V can be between approximately 1000 g/mol and approximately 1500 g/mol as determined by GPC, upper limits and lower included.
  • the epoxide equivalent weight of the epoxidized polybutadiene comprising repeating units of Formulas III, IV and V is between about 100 g/mol and about 600 g/mol as determined by GPC, upper and lower limits included .
  • the epoxy equivalent weight corresponds to the mass of resin which contains 1 mole of epoxide functional groups.
  • the epoxidized polybutadiene is of Formula VI: wherein, m is a whole number chosen such that the mass average molecular weight of the epoxidized polybutadiene of Formula VI is between about 1000 g/mol and about 1500 g/mol as determined by GPC, upper bounds and bottoms included; and the epoxide equivalent weight is between about 100 g/mol and about 600 g/mol as determined by GPC, upper and lower bounds inclusive.
  • the mass average molecular weight of the epoxidized polybutadiene comprising repeating units of Formulas III, IV and V or of the epoxidized polybutadiene of Formula VI is between approximately 1050 g/mol and approximately 1450 g/mol, or between approximately 1100 g/mol and approximately 1400 g/mol, or between approximately 1150 g/mol and approximately 1350 g/mol, or between approximately 1200 g/mol and approximately 1350 g/mol, or between approximately 1250 g/mol and about 1350 g/mol as determined by GPC, upper and lower limits included.
  • the mass-average molecular weight of the epoxidized polybutadiene comprising repeating units of Formulas III, IV and V or epoxidized polybutadiene of Formula VI is about 1300 g/mol as determined by GPC.
  • the epoxy equivalent weight of the epoxidized polybutadiene comprising repeating units of Formulas III, IV and V or of the epoxidized polybutadiene of Formula VI is between approximately 150 g/mol and approximately 550 g/mol, or between approximately 200 g/mol and about 550 g/mol, or between about 210 g/mol and about 550 g/mol, or between about 260 g/mol and about 500 g/mol as determined by GPC, upper and lower bounds included.
  • the equivalent weight of epoxide of the epoxidized polybutadiene comprising repeating units of Formulas III, IV and V or of the epoxidized polybutadiene of Formula VI is between approximately 400 g/mol and approximately 500 g/mol, or between about 260 g/mol and about 330 g/mol as determined by GPC, upper and lower limits included.
  • the epoxidized polybutadiene of Formula VI is an epoxidized polybutadiene resin having commercial end hydroxyl groups of the Poly bd MC 600E or 605E type marketed by Cray Valley.
  • the physico-chemical properties of these resins are presented in Table 1.
  • the electrode binder comprises a mixture of polymers comprising at least a first polymer and at least a second polymer.
  • the first polymer is the polybutadiene-based polymer and the second polymer is the polynorbornene-based polymer comprising norbornene-based monomer units derived from the polymerization of the compound of Formula I or the polymer of Formula II, ll(a) or ll(b).
  • the "first polymer:second polymer” ratio is in the range from about 6:1 to about 2:3, upper and lower bounds inclusive.
  • the ratio "first polymer: second polymer” is comprised in the range of about 5.5:1 to about 2:3, or about 5:1 to about 2:3, or about 4.5:1 to about 2:3, or ranging from about 4:1 to about 2:3, or ranging from about 6:1 to about 1:1, or ranging from about 5.5:1 to about 1:1, or ranging from about 5: 1 to about 1:1, or ranging from about 4.5:1 to about 1:1, or ranging from about 4:1 to about 1:1, upper and lower bounds inclusive.
  • the “first polymer:second polymer” ratio is comprised in the interval going from approximately 4:1 to approximately 1:1, upper and lower limits included.
  • the mixture of polymers of said electrode binder can be dissolved in at least one solvent.
  • the solvent can be chosen for its ability to solubilize the polymer mixture and to be efficiently mixed therewith.
  • the solvent can be an organic solvent, for example a polar aprotic solvent.
  • the solvent can be selected from the group consisting of dichloromethane (DCM), N,N-dimethylformamide (DMF), diethyl carbonate (DEC), N,N-dimethylacetamide (DMAC), N-methyl- 2-pyrrolidone (NMP), dioxolane, dioxane, toluene, benzene, methoxybenzene, benzene derivatives, tetrahydrofuran (THF), and a miscible combination of at least two of these.
  • DCM dichloromethane
  • DMF N,N-dimethylformamide
  • DEC diethyl carbonate
  • DMAC N,N-dimethylacetamide
  • NMP N-methyl- 2-pyrrolidone
  • the solvent is THF, a mixture comprising THF and methoxybenzene, a mixture comprising toluene and THF, a mixture comprising toluene and DEC, a mixture comprising toluene and DMAC, a mixture comprising p-xylene and THF, mixture comprising m-xylene and THF, mixture comprising o-xylene and THF, mixture comprising p-xylene and DEC, mixture comprising m-xylene and DEC, a mixture comprising o-xylene and DEC, or a mixture comprising toluene and methoxybenzene.
  • this solvent is preferably removed from the electrode in which the binder is found before it is assembled with other elements of an electrochemical cell.
  • the present technology also relates to the use of the electrode binder as herein defined in an electrode material.
  • an electrode material comprising an electrode material including an electrochemically active material and an electrode binder as defined herein is also contemplated.
  • the electrode material as defined here further includes an electronically conductive material.
  • electronically conductive material include a carbon source such as carbon black (e.g. Ketjen TM carbon and Super P TM carbon), acetylene black (eg Shawinigan carbon and Denka TM carbon black), graphite, graphene, carbon fibers (eg gas phase formed carbon fibers (VGCFs)), carbon nanofibers, carbon nanotubes (CNTs) and a combination of two or more thereof.
  • the electronic conductive material if it is present in the electrode material, can be a modified electronic conductive material such as those described in the PCT patent application published under number WO2019/218067 (Delaporte et al .).
  • the modified electronic conductor material can be grafted with at least one aryl group of Formula VII:
  • FG is a hydrophilic functional group; and n is a natural number in the range from 1 to 5, preferably n is in the range from 1 to 3, preferably n is 1 or 2, and more preferably n is 1.
  • hydrophilic functional groups examples include hydroxyl, carboxyl, sulfonic acid, phosphonic acid, amine, amide and other similar groups.
  • the hydrophilic functional group is a carboxyl or sulphonic acid functional group.
  • Preferred examples of the aryl group of Formula VII include p-benzoic acid and p-benzenesulfonic acid.
  • the electronically conductive material is carbon black optionally grafted with at least one aryl group of Formula VII.
  • the electronically conductive material can be a mixture comprising at least one modified electronically conductive material.
  • a mixture of carbon black grafted with at least one aryl group of Formula VII and carbon fibers for example, gas phase formed carbon fibers (VGCFs)), carbon nanofibers, carbon nanotubes (NTCs) or a combination of two or more thereof.
  • said electrode material is a positive electrode material and the electrochemically active material is chosen from a metal oxide, a metal sulphide, a metal oxysulphide, a metal phosphate, a metal fluorophosphate, metal oxyfluorophosphate, metal sulfate, metal halide (eg, metal fluoride), sulfur, selenium, and a combination of two or more of these.
  • the electrochemically active material is chosen from a metal oxide, a metal sulphide, a metal oxysulphide, a metal phosphate, a metal fluorophosphate, metal oxyfluorophosphate, metal sulfate, metal halide (eg, metal fluoride), sulfur, selenium, and a combination of two or more of these.
  • the metal of the electrochemically active material is chosen from titanium (Ti), iron (Fe), manganese (Mn), vanadium (V), nickel (Ni), cobalt (Co), aluminum (Al), chromium (Cr), copper (Cu), zirconium (Zr), niobium (Nb) and their combinations, when compatible.
  • the electrochemically active material may optionally further comprise an alkali or alkaline-earth metal, for example, lithium (Li), sodium (Na), potassium (K) or magnesium (Mg).
  • Non-limiting examples of electrochemically active materials include lithium and metal phosphates, complex oxides, such as LiM'PC (where M' is Fe, Ni, Mn, Co, or a combination thereof), UV3O8, V2O5, LiM ⁇ C , LiM”0 2 (where M” is Mn, Co, Ni, or a combination thereof), Li(NiM'”)0 2 (where M'” is Mn, Co, Al, Fe, Cr, Ti, or Zr, or a combination thereof) and combinations thereof, when compatible.
  • LiM'PC where M' is Fe, Ni, Mn, Co, or a combination thereof
  • UV3O8 V2O5 LiM ⁇ C
  • LiM 0 2
  • Li(NiM'”)0 2 where M'” is Mn, Co, Al, Fe, Cr, Ti, or Zr, or a combination thereof
  • the electrochemically active material is an oxide or a phosphate such as those described above.
  • the electrochemically active material is a lithium manganese oxide, in which the manganese may be partially substituted by a second transition metal, such as a lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC) .
  • the electrochemically active material is lithium iron phosphate.
  • the electrochemically active material is a lithium metal phosphate containing manganese such as those described above, for example, the lithium metal phosphate containing manganese is a lithium iron and manganese phosphate (LiMni- x Fe x P0 4 , where x is between 0.2 and 0.5).
  • said electrode material is a negative electrode material and the electrochemically active material is chosen from a non-alkaline and non-alkaline-earth metal (for example, indium (In), germanium ( Ge) and bismuth (Bi)), an intermetallic compound (for example, SnSb, TiSnSb, Cu 2 Sb, AlSb, FeSb 2 , FeSn 2 and CoSn 2 ), a metal oxide, a metal nitride, a phosphide of metal, metal phosphate (eg, LiThiPO ⁇ ), metal halide (eg, metal fluoride), metal sulfide, metal oxysulfide, carbon (eg, graphite, graphene, reduced graphene oxide, hard carbon, soft carbon, exfoliated graphite and amorphous carbon), silicon (Si), silicon-carbon composite (Si-C), silicon oxide (SiO x ), silicon oxide-carbon composite (SiO x -C),
  • the metal oxide can be chosen from compounds of formula M”” b O c (where M”” is Ti, Mo, Mn, Ni, Co, Cu, V, Fe, Zn, Nb, or a combination thereof; and b and c are numbers such that the ratio c:b is in the range from 2 to 3) (for example, M0O 3 , M0O 2 , M0S 2 , V 2 O 5 , and TiNb 2 0 7 ), spinel oxides (for example, N1C0 2 O 4 , ZhOq 2 q 4 , MnCo 2 0 4 , CUC0 2 O 4 , and CoFe 2 Ü 4 ) and LiM””O (where M'” ” is Ti, Mo, Mn, Ni, Co, Cu, V, Fe, Zn, Nb, or a combination of two or more of these) (for example, a lithium titanate (such as Li 4 Ti 5 Oi 2 ) or a lithium molybdenum oxide (such as
  • the electrochemically active material can optionally be doped with other elements included in smaller quantities, for example to modulate or optimize its electrochemical properties.
  • the electrochemically active material can be doped by the partial substitution of the metal by other ions.
  • the electrochemically active material can be doped with a transition metal (e.g. Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn or Y) and/or a metal other than a transition metal (for example, Mg, Al or Sb).
  • a transition metal e.g. Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn or Y
  • a metal other than a transition metal for example, Mg, Al or Sb
  • the electrochemically active material can be in the form of particles (eg, microparticles and/or nanoparticles) which can be freshly formed or from a commercial source.
  • the electrochemically active material can be in the form of particles coated with a layer of coating material in a configuration of the core-coating type (core-shell).
  • the potting material may be an electronically conductive material, for example a conductive carbon potting.
  • the conductive carbon layer can also optionally be grafted with at least one aryl group of Formula VII.
  • the coating material can make it possible to substantially reduce the interfacial reactions at the interface between the electrochemically active material and an electrolyte, for example, a solid electrolyte, and in particular, a solid electrolyte of the ceramic type based on sulphide (for example, based on LÎ 6 PS 5 CI).
  • the coating material can be chosen from LhSiOs, LUTisO ⁇ , LiTaOs, UAIO2, LÎ 2 0-Zr0 2 , LiNb0 3 their combinations, when compatible, and other similar materials.
  • the coating material comprises LiNbOs.
  • the electrode material as defined here further includes an additive.
  • the additive is chosen from ionic conductive materials, inorganic particles, glass or glass-ceramic particles, ceramic particles, including nanoceramics (for example, Al 2 O 3 , T1O 2 , S1O 2 and other similar compounds), salts (eg lithium salts) and a combination of two or more of these.
  • the additive may be an ionic conductor chosen from compounds of the LISICON, thio-LISICON, argyrodite, garnet, NASICON, perovskite type, oxides, sulphides, sulfur halides, phosphates, thio-phosphates, crystalline and/or amorphous form, and a combination of at least two of these.
  • the additive if it is present in the electrode material, can be ceramic, glass or glass-ceramic particles of crystalline and/or amorphous form.
  • the ceramic, glass or glass-ceramic particles can be based on fluoride, phosphide, sulphide, oxysulphide, oxide, or a combination of at least two of these.
  • Non-limiting examples of ceramic, glass or glass-ceramic particles include inorganic compounds of the formulas MLZO (e.g., M7La3Zr2Oi2, M(7- a) La3Zr2AlbOi2, M(7- a) La3Zr2GabOi2, M(7- a) La 3 Zr (2-b) Ta b Oi 2 , and M ( 7- a) La 3 Zr ( 2- b) Nb b Oi2); MLTaO (e.g., M7La 3 Ta 2 Oi2, M 5 La3Ta20i2, and M6La3Ta1.5Y0.5O12); MLSnO (eg, M7La3Sn20i2); MAGP (e.g.
  • MLZO e.g., M7La3Zr2Oi2, M(7- a) La3Zr2AlbOi2, M(7- a) La3Zr2GabOi2, M(7- a
  • M is an alkali metal ion, an alkaline earth metal ion or a combination thereof, and wherein when M comprises an alkaline earth metal ion, then the number of M is adjusted to achieve electroneutrality;
  • X is selected from F, Cl, Br, I or a combination of at least two of these; a, b, c, d, e and f are numbers other than zero and are independently in each formula selected to achieve electroneutrality; and v, w, x, y and z are non-zero numbers and are independently in each formula selected to yield a stable compound.
  • M is selected from Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba and a combination of two or more of these.
  • M comprises Li and may further comprise at least one of Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba and a combination of at least two of these.
  • M comprises Na, K, Mg or a combination of at least two of these.
  • the additive if present in the electrode material, may be sulfide-based ceramic particles, for example, argyrodite-type ceramic particles of the formula LÎ 6 PS 5 X (where X is Cl, Br, I or a combination of two or more thereof).
  • the additive is argyrodite LÎ 6 PS 5 CI.
  • the method of preparing the electrode material as herein defined further includes the use of a solvent, e.g., an organic solvent.
  • a solvent e.g., an organic solvent.
  • the solvent can provide an optimum viscosity for coating the electrode material, around 10,000 cP, and can be substantially removed in a post-coating drying step.
  • the solvent can be THF or methoxybenzene (or anisole).
  • the present technology also relates to an electrode comprising an electrode material as defined herein.
  • the electrode can be on a collector of current (for example, aluminum or copper foil).
  • the electrode can be self-supporting.
  • the present technology also relates to an electrochemical cell comprising a negative electrode, a positive electrode and an electrolyte, wherein at least one of the negative electrode or the positive electrode is as defined herein.
  • the negative electrode is as defined here.
  • the electrochemically material of the negative electrode can be chosen for its electrochemical compatibility with the different elements of the electrochemical cell as defined here.
  • the electrochemically material of the negative electrode material may possess a substantially lower oxidation-reduction potential than that of the electrochemically active material of the positive electrode.
  • the positive electrode is as defined here and the negative electrode includes an electrochemically active material chosen from among all known compatible electrochemically active materials.
  • the electrochemically active material of the negative electrode can be chosen for its electrochemical compatibility with the different elements of the electrochemical cell as defined here.
  • electrochemically active negative electrode materials include alkali metals, alkaline earth metals, alloys comprising at least one alkali or alkaline earth metal, non-alkaline and non-alkaline earth metals (e.g.
  • the electrochemically active material of the negative electrode may be in the form of a film having a thickness in the range of from about 5 ⁇ m to about 500 ⁇ m and preferably in the range of from about 10 ⁇ m to about 10 ⁇ m. about 100 pm, upper and lower bounds included.
  • the electrochemically active material of the negative electrode can comprise a film of metallic lithium or of an alloy including metallic lithium.
  • the positive electrode can be pre-lithiated and the negative electrode can be initially (ie before the cycling of the electrochemical cell) substantially or completely free of lithium.
  • the negative electrode can be lithiated in situ during the cycling of said electrochemical cell, in particular during the first charge.
  • metallic lithium can be deposited in situ on the current collector (for example, a copper current collector) during the cycling of the electrochemical cell, in particular during the first charge.
  • an alloy including metallic lithium can be generated at the surface of a current collector (for example, an aluminum current collector) during the cycling of the electrochemical cell, in particular during the first charge. It is understood that the negative electrode can be generated in situ during the cycling of the electrochemical cell, in particular during the first charge.
  • the positive electrode and the negative electrode are both as defined here.
  • the electrolyte can be chosen for its compatibility with the various elements of the electrochemical cell. Any type of compatible electrolyte is envisaged.
  • the electrolyte is a liquid electrolyte comprising a salt in a solvent.
  • the electrolyte is a gel electrolyte comprising a salt in a solvent and optionally a solvating polymer.
  • the electrolyte is a solid polymer electrolyte comprising a salt in a solvating polymer.
  • the electrolyte comprises an inorganic solid electrolyte material, for example, the electrolyte can be a ceramic type solid electrolyte.
  • the electrolyte is a polymer-ceramic hybrid solid electrolyte.
  • the salt if present in the electrolyte, can be an ionic salt, such as a lithium salt.
  • lithium salts include lithium hexafluorophosphate (LiPFe), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI), 2-trifluoromethyl-4,5 -lithium dicyano-imidazolate (LiTDI), lithium 4,5-dicyano-1,2,3-triazolate (LiDCTA), lithium bis(pentafluoroethylsulfonyl)imide (LiBETI), lithium difluorophosphate (LiDFP), lithium tetrafluoroborate (L1BF4), lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), lithium nitrate (UNO3), lithium chloride (LiCI), lithium bromide (LiBr), lithium fluor
  • LiPFe lithium he
  • the solvent if present in the electrolyte, may be a non-aqueous solvent.
  • solvents include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and vinylene carbonate (VC); acyclic carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) and dipropyl carbonate (DPC); lactones such as ⁇ -butyrolactone (g-BL) and ⁇ -valerolactone (g-VL); acyclic ethers such as 1,2-dimethoxyethane (DME), 1,2-diethoxyethane (DEE), ethoxy methoxy ethane (EME), trimethoxymethane and ethylmonoglyme; cyclic ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3
  • the electrolyte is a gel electrolyte or a polymer gel electrolyte.
  • the gel polymer electrolyte may comprise, for example, a polymer precursor and a salt (for example, a salt as defined above), a solvent (for example, a solvent as defined above) and a polymerization initiator and / or crosslinking, if necessary.
  • examples of gel electrolytes include, without limitation, gel electrolytes such as those described in PCT patent applications published under the numbers WO2009/111860 (Zaghib et al.) and WO2004/068610 (Zaghib et al.).
  • a gel electrolyte or a liquid electrolyte as defined above can also impregnate a separator such as a polymer separator.
  • separators include, without limitation, polyethylene (PE), polypropylene (PP), cellulose, polytetrafluoroethylene (PTFE), poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and polypropylene-polyethylene-polypropylene (PP) separators. /PE/PP).
  • the separator is a commercial polymer separator of the Celgard TM type.
  • the electrolyte is a solid polymer electrolyte.
  • the solid polymer electrolyte composition can be chosen from all known solid polymer electrolyte compositions and can be chosen for its compatibility with the various elements of an electrochemical cell.
  • Solid polymer electrolyte compositions generally comprise a salt as well as one or more solid polar polymer(s), optionally crosslinked.
  • Polyether type polymers such as those based on poly(ethylene oxide) (POE)
  • POE poly(ethylene oxide)
  • the polymer can be cross-linked. Examples of such polymers include branched polymers, for example, star polymers or comb polymers such as those described in the PCT patent application published under number WO2003/063287 (Zaghib et al.).
  • the solid polymer electrolyte composition can include a block copolymer composed of at least one lithium ion solvation segment and optionally at least one crosslinkable segment.
  • the lithium ion solvation segment is chosen from homo- or copolymers having repeating units of Formula VIII: (CH 2 -CH-0) x -
  • R is chosen from a hydrogen atom, and a CiC-ioalkyl group or a -(CH 2 -O-R a R b ) group;
  • R a is (CH 2 -CH 2 -0) y ;
  • R b is chosen from a hydrogen atom and a CiC-ioalkyl group; x is an integer selected from the range of 10 to 200,000; and y is an integer selected from the range 0 to 10.
  • the crosslinkable segment of the copolymer is a polymer segment comprising at least one functional group crosslinkable in a multidimensional manner by irradiation or by heat treatment.
  • the electrolyte comprises an ion-conductive inorganic solid electrolyte material and can comprise ceramic, glass or glass-ceramic particles.
  • ceramic, glass or glass-ceramic particles based on fluoride, phosphide, sulphide, oxysulphide, oxide, or a combination of at least two of these.
  • the electrolyte comprises ceramic, glass or glass-ceramic particles as described previously.
  • the electrolyte is a polymer-ceramic hybrid solid electrolyte, and may, for example, comprise particles of inorganic material as defined here, previously dispersed in a solid polymer electrolyte as defined above.
  • the polymer-ceramic hybrid solid electrolyte comprises a layer of ceramic electrolyte as defined above between two layers of solid polymer electrolyte as defined above.
  • the electrolyte may also optionally include additives such as ionic conductive materials, inorganic particles, glass or ceramic particles as defined above and other additives of the same type.
  • the additive may be a dicarbonyl compound such as those described in the PCT patent application published under the number WO2018/116529 (Asakawa et al.).
  • the additive can be poly(ethylene-alt-maleic anhydride) (PEMA).
  • PEMA poly(ethylene-alt-maleic anhydride)
  • the additive can be chosen from all known electrolyte additives and can be chosen for its compatibility with the different elements of the electrochemical cell.
  • the additive can be substantially dispersed in the electrolyte.
  • the additive may be present in a separate layer.
  • the electrode binder comprising a polymer mixture as defined here can significantly improve the dispersion of the various constituents of the material of the positive electrode, in particular of the solid constituents.
  • the electrode binder comprising a polymer mixture as defined herein can substantially promote the dispersion of the electrochemically active material, the electronic conductive material and/or the ceramic type solid electrolyte material.
  • the R 1 and/or R 2 groups of the polymer based on the polynorbornene of the mixture of polymers of the said binder can be groups which can promote the dispersion of one of these materials.
  • carboxyl groups (-COOH) may be groups which can promote the dispersion of one of these materials.
  • repulsive interactions linked to the polymer mixture of said material could allow a better dispersion of the constituents of the positive electrode in the dispersion, and this, by the modification or not of the other constituents allowing this type of interactions.
  • the repulsive interactions can be pp-type and/or polar interactions.
  • the various constituents of the positive electrode material can be modified in order to substantially increase the repulsive interactions with the mixture of polymers of said binder, and thus, to promote their dispersion.
  • the various constituents of the positive electrode can be modified by coating them with a coating material encouraging repulsive interactions, for example, p-p type and/or polar interactions.
  • at least one of the electrochemically active material, the electronic conductive material and the ceramic-like electrolyte material can be coated with a potting material encouraging repulsive interactions.
  • the coating material may comprise at least one branched or linear unsaturated aliphatic hydrocarbon having 10 to 50 carbon atoms and having at least one carbon-carbon double or triple bond.
  • such a coating material may be a mixture comprising said unsaturated aliphatic hydrocarbon and an additional component.
  • the additional component may be an alkane (eg, an alkane having 10 to 50 carbon atoms) or a mixture comprising an alkane (eg, as defined herein) and a polar solvent (eg, tetrahydrofuran, acetonitrile, N,N-dimethylformamide, or a miscible combination of two or more of these).
  • the additional component is decane or a mixture comprising decane and tetrahydrofuran.
  • a conductive material such as a carbon
  • the electrochemical performance of the positive electrode material is not substantially negatively affected by these modifications and their interactions. The phenomena of ionic and electronic conduction can even be favored as well as the electrochemical double layer presenting a better stability.
  • the present technology also relates to a battery comprising at least one electrochemical cell as defined here.
  • the battery may be a battery primary (battery) or secondary (accumulator).
  • the battery is chosen from the group consisting of a lithium battery, a lithium-ion battery, a sodium battery, a sodium-ion battery, a magnesium battery, a a magnesium-ion battery, a potassium battery and a potassium-ion battery.
  • the battery is a so-called all-solid battery.
  • Example 1 Preparation of ceramic particles of the argyrodite type of formula LiePSsCI a) Coating of particles of LiePSsCI with a mixture of heptane and dibutyl ether (50:50 by volume)
  • the coating of the LiePSsCI particles was carried out by a method of grinding the particles in a wet way.
  • the coating of the LiePSsCI particles was carried out during the wet milling of the particles to reduce the particle size and by using a planetary micromill PULVERISETTE MC 7.
  • the coating material comprised a mixture of heptane and dibutyl ether ( 50:50 by volume). 4 g of LiePSsCI particles were placed in an 80 mL zirconium oxide (or zirconia) milling jar. A mixture comprising 13 ml of heptane and 13 ml of anhydrous dibutyl ether (50:50 by volume) as well as grinding balls 2 mm in diameter were added to the jar.
  • the LiePSsCI particles and the mixture of heptane and dibutyl ether were combined by grinding at a speed of about 300 rpm for about 7.5 hours to produce LiePSsCI particles coated with the mixture of heptane and ether dibutyl.
  • the particles thus obtained were subsequently dried under vacuum at a temperature of about 80°C.
  • the coating of the Li 6 PS 5 CI particles was carried out using a PULVERISETTE MC 7 planetary micromill. 4 g of LI 6 PS 5 CI particles were placed in an 80 ml zirconium oxide grinding jar. A mixture comprising 20 ml of anhydrous decane and 7 ml of squalene (75:25 by volume) as well as grinding balls 2 mm in diameter were added to the jar. The LÎ 6 PS 5 CI particles and the decane and squalene mixture were combined by grinding at a speed of about 300 rpm for about 7.5 hours to produce LÎ 6 PS 5 CI particles coated with the decane mixture and squalene. The particles thus obtained were subsequently dried under vacuum at a temperature of about 80°C. c) Coating of LiePS 5 CI particles with a mixture of decane and squalene (90:10 by volume)
  • the coating of the LÎ 6 PS 5 CI particles was carried out by a method of grinding the particles and wet mechanosynthesis.
  • the coating of the LI 6 PS 5 CI particles was carried out using a PULVERISETTE MC 7 planetary micromill. 4 g of LI 6 PS 5 CI particles were placed in an 80 ml zirconium oxide grinding jar. A mixture of decane and squalene (90:10 by volume) as well as grinding balls 2 mm in diameter were added to the jar. The Ü 6 PS 5 CI particles and the decane and squalene mixture were combined by milling at a speed of about 300 rpm for about 7.5 hours to produce Ü 6 PS 5 CI particles coated with the decane mixture and squalene. The particles thus obtained were subsequently dried under vacuum at a temperature of about 80°C.
  • Example 2 - Preparation of the modified electronic conductive material a) Grafting of the particles of electronic conductive material with at least one aryl group of Formula VII
  • the coating of particles of electronically conductive material is carried out by a process of particle grinding and wet mechanosynthesis.
  • the coating of the carbon black particles is carried out using a PULVERISETTE MC 7 planetary micromill.
  • 4 g of carbon black particles are placed in an 80 ml zirconium oxide grinding jar.
  • a mixture of anhydrous decane and squalene (75:25 by volume) as well as grinding balls 2 mm in diameter are added to the jar.
  • the carbon black particles and the mixture of decane and squalene are combined by grinding at a speed of about 300 rpm for about 7.5 hours to produce particles of carbon black coated with the mixture of decane and squalene.
  • the particles thus obtained are subsequently dried under vacuum at a temperature of about 80°C.
  • composition of the positive electrode films is shown in Table 2. Table 2. Composition of positive electrode films
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • SBS styrene-butadiene-styrene
  • PB polybutadiene
  • PNB polynorbornene of Formula 11(b).
  • a positive electrode film 1.55 g of particles of LiNio .6 Mno .2 Coo .2 0 2 (NMC 622) coated with LiNbC>3 from a commercial source having an average diameter d approximately 4 ⁇ m were mixed with 0.40 g of coated LI 6 PS 5 CI particles prepared in Example 1(a) having an average diameter of approximately 200 nm and 0.5 g of carbon black in order to form a mixture of dry powders. The dry powders were mixed for about 10 minutes using a whirlwind (vortex type) mixer.
  • a polymer solution was prepared separately by dissolving 0.05 g of acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) in 1.187 g of p-xylene.
  • the polymer solution was added to the dry powder mixture.
  • the mixture thus obtained was mixed for about 5 minutes using a planetary centrifugal mixer (Thinky Mixer).
  • An additional quantity of solvent (p-xylene) was added to the mixture in order to reach an optimum viscosity for coating, ie approximately 10,000 cP.
  • the suspension thus obtained was coated on an aluminum sheet by a doctor blade coating method. ("doctor-blade coating" in English) to obtain a positive electrode film applied to a current collector.
  • the positive electrode film was then dried under vacuum at a temperature of about 120°C for about 5 hours.
  • b) Preparation of a positive electrode film (Movie 2)
  • NMC 622 particles coated with LiNbOs having an average diameter of about 4 ⁇ m were mixed with 0.40 g of coated ⁇ 6 PS 5 CI particles prepared in Example 1(a) having a diameter medium of about 200 nm and 0.5 g of carbon black to form a mixture of dry powders.
  • the dry powders were mixed for about 10 minutes using a whirlwind (vortex type) mixer.
  • a polymer solution was prepared separately by dissolving 0.04 g of polybutadiene and 0.01 g of polynorbornene in 0.94 g of THF. The polymer solution was added to the dry powder mixture. The resulting mixture was mixed for about 5 minutes using a planetary centrifugal mixer. An additional solvent, methoxybenzene, was added to the mixture in order to reach an optimum viscosity for coating, i.e. approximately 10,000 cP. The suspension thus obtained was coated on an aluminum foil by a doctor blade coating method to obtain a positive electrode film applied to a current collector. The positive electrode film was then dried under vacuum at a temperature of about 120°C for about 5 hours. c) Preparation of a positive electrode film (Movie 3)
  • a polymer solution was prepared separately by dissolving 0.05 g of SBS in 0.94 g of methoxybenzene.
  • the polymer solution was added to the dry powder mixture.
  • the resulting mixture was mixed for about 5 minutes using a planetary centrifugal mixer.
  • An additional amount of methoxybenzene was added to the mixture in order to reach an optimum viscosity for coating, approximately 10,000 cP.
  • the suspension thus obtained was coated on an aluminum foil by a doctor blade coating method to obtain a positive electrode film applied to a current collector.
  • the positive electrode film was then dried under vacuum at a temperature of about 120°C for about 5 hours.
  • Preparation of positive electrode film (Movie 4)
  • NMC 622 particles coated with LiNbOs having an average diameter of about 4 ⁇ m were mixed with 0.40 g of coated LÎ 6 PS 5 CI particles prepared in Example 1(b) having a diameter medium of about 200 nm and 0.5 g of modified carbon black to form a mixture of dry powders.
  • the dry powders were mixed for about 10 minutes using a whirlwind (vortex type) mixer.
  • a polymer solution was prepared separately by dissolving 0.05 g of polybutadiene in 0.94 g of THF. The polymer solution was added to the dry powder mixture. The resulting mixture was mixed for about 5 minutes using a planetary centrifugal mixer. A quantity of methoxybenzene was added to the mixture in order to reach an optimum viscosity for coating, i.e. approximately 10,000 cP. The suspension thus obtained was coated on an aluminum foil by a doctor blade coating method to obtain a positive electrode film applied to a current collector. The positive electrode film was then dried under vacuum at a temperature of about 120°C for about 5 hours. e) Preparation of positive electrode film (Movie 5)
  • a polymer solution was prepared separately by dissolving 0.04 g of polybutadiene and 0.01 g of polynorbornene in 0.94 g of THF. The polymer solution was added to the dry powder mix. The resulting mixture was mixed for about 5 minutes using a planetary centrifugal mixer. A quantity of additional solvent, methoxybenzene, was added to the mixture in order to reach an optimum viscosity for coating, ie approximately 10,000 cP. The suspension thus obtained was coated on an aluminum foil by a doctor blade coating method to obtain a positive electrode film applied to a current collector. The positive electrode film was then dried under vacuum at a temperature of about 120°C for about 5 hours. f) Preparation of a positive electrode film (Movie 6)
  • NMC 622 particles coated with LiNbOs having an average diameter of approximately 4 ⁇ m were mixed with 0.40 g of coated LÎ 6 PS 5 CI particles prepared in Example 1(c) having a diameter medium of about 200 nm and 0.5 g of modified carbon black to form a mixture of dry powders.
  • the dry powders were mixed for about 10 minutes using a whirlwind (vortex type) mixer.
  • a polymer solution was prepared separately by dissolving 0.05 g of SBS in 0.94 g of methoxybenzene.
  • the polymer solution was added to the dry powder mixture.
  • the resulting mixture was mixed for about 5 minutes using a planetary centrifugal mixer.
  • An additional quantity of methoxybenzene was added to the mixture in order to reach an optimum viscosity for coating, i.e. approximately 10,000 cP.
  • the suspension thus obtained was coated on an aluminum foil by a doctor blade coating method to obtain a positive electrode film applied to a current collector.
  • the positive electrode film was then dried under vacuum at a temperature of about 120°C for about 5 hours.
  • Preparation of positive electrode film (Movie 7)
  • NMC 622 particles coated with LiNbOs having an average diameter of approximately 4 ⁇ m were mixed with 0.40 g of coated LÎ 6 PS 5 CI particles prepared in Example 1(c) having a diameter medium of about 200 nm and 0.5 g of modified carbon black to form a mixture of dry powders.
  • the dry powders were mixed for about 10 minutes using a whirlwind (vortex type) mixer.
  • a polymer solution was prepared separately by dissolving 0.035 g polybutadiene and 0.015 g polynorbornene in 0.94 g THF.
  • the polymer solution was added to the dry powder mixture.
  • the resulting mixture was mixed for about 5 minutes using a planetary centrifugal mixer.
  • An additional quantity of solvent, methoxybenzene, was added to the mixture in order to reach an optimum viscosity for coating, i.e. around 10,000 cP.
  • the suspension thus obtained was coated on an aluminum foil by a doctor blade coating method to obtain a positive electrode film applied to a current collector.
  • the positive electrode film was then dried under vacuum at a temperature of about 120°C for about 5 hours.
  • a polymer solution was prepared separately by dissolving 0.030 g polybutadiene and 0.020 g polynorbornene in 0.94 g THF. The polymer solution was added to the dry powder mixture. The resulting mixture was mixed for about 5 minutes using a planetary centrifugal mixer. An additional quantity of solvent, methoxybenzene, was added to the mixture in order to reach an optimum viscosity for coating, i.e. around 10,000 cP. The suspension thus obtained was coated on an aluminum foil by a doctor blade coating method to obtain a positive electrode film applied to a current collector. The positive electrode film was then dried under vacuum at a temperature of about 120°C for about 5 hours. j) Preparation of positive electrode film (Film 10)
  • NMC 622 particles coated with LiNbOs having an average diameter of about 4 ⁇ m were mixed with 0.40 g of coated Li 6 PS 5 CI particles prepared in Example 1(c) having a diameter medium of about 200 nm and 0.5 g of modified carbon black to form a mixture of dry powders.
  • the dry powders were mixed for about 10 minutes using a whirlwind (vortex type) mixer.
  • a polymer solution was prepared separately by dissolving 0.025 g polybutadiene and 0.025 g polynorbornene in 0.94 g THF. The polymer solution was added to the dry powder mixture. The resulting mixture was mixed for about 5 minutes using a planetary centrifugal mixer. A quantity of additional solvent, methoxybenzene, was added to the mixture in order to reach an optimum viscosity for coating, ie approximately 10,000 cP. The suspension thus obtained was coated on an aluminum foil by a doctor blade coating method to obtain a positive electrode film applied to a current collector. The positive electrode film was then dried under vacuum at a temperature of about 120°C for about 5 hours.
  • Example 4 Characterization of the positive electrode films prepared in Examples 3(a) to 30)
  • SEM scanning electron microscope
  • EDS energy dispersive X-ray spectrometer
  • Figure 1 shows in (A) an image by SEM of the positive electrode film prepared in Example 3(a) (Movie 1), and in (B) the corresponding image of cartography by EDS allowing the analysis of distribution of Ni and S elements. Scale bars represent 300 pm and 100 pm respectively.
  • Figure 1(A) the presence of waves on the surface of Film 1, and this, after the step of drying the positive electrode film.
  • Figure 1 (B) confirms the presence of nickel (in green) present in the electrochemically active material of the positive electrode (LiNbC>3 - NMC 622) and sulfur (in red) present in the solid electrolyte (LÎ 6 PS 5 CI coated).
  • Figure 1 also highlights the presence of sulphide agglomerates on the surface of Film 1. This indicates that the use of a solution of NBR dissolved in p-xylene in the suspension does not make it possible to disperse the particles of solid electrolyte.
  • Figure 2 shows in (A) an image by SEM of the positive electrode film prepared in Example 3(b) (Movie 2), and in (B) the corresponding image of mapping by EDS allowing the analysis of distribution of Ni and S elements. Scale bars represent 100 pm.
  • Figure 2(A) the absence of waves on the surface of Film 2, after the positive electrode film drying step.
  • Figure 2(B) confirms the presence of nickel (in green) and sulfur (in red).
  • Figure 2 also highlights the absence of sulphide agglomerates on the surface of Film 2. This indicates that the use of a solution comprising a mixture of polybutadiene and polynorbornene (with -COOH groups) (80:20 by weight) dissolved in THF in the suspension makes it possible to adequately disperse the particles of solid electrolyte.
  • Figure 3 shows in (A) an SEM image of the positive electrode film prepared in Example 3(c) (Movie 3), and in (B) the corresponding EDS mapping image allowing analysis of the distribution of Ni and S elements. Scale bars represent 100 ⁇ m.
  • Figure 3(A) the presence of a few waves on the surface of Film 3, after the positive electrode film drying step.
  • Figure 3(B) confirms the presence of nickel (in green) and sulfur (in red).
  • Figure 3 also highlights the presence of sulphide agglomerates on the surface of Film 3. This indicates that the use of a solution of SBS dissolved in methoxybenzene in the suspension does not make it possible to adequately disperse the particles of solid electrolyte.
  • Figure 4 shows in (A) an image by SEM of the positive electrode film prepared in Example 3(d) (Movie 4), and in (B) the corresponding image of mapping by EDS allowing the analysis of distribution of Ni and S elements. Scale bars represent 100 pm.
  • Figure 4(A) the presence of a few waves on the surface of Film 4, after the positive electrode film drying step.
  • Figure 4(B) confirms the presence of nickel (in green) and sulfur (in red).
  • Figure 4 also highlights the presence of sulphide agglomerates on the surface of Film 4. This indicates that the use of a solution of polybutadiene dissolved in THF in the suspension does not make it possible to disperse the particles of solid electrolyte in the electrode material.
  • Figure 5 shows in (A) an image by SEM of the positive electrode film prepared in Example 3(e) (Movie 5), and in (B) the corresponding image of mapping by EDS allowing the analysis of distribution of Ni and S elements. Scale bars represent 100 pm.
  • FIG. 5(A) It is possible to observe in FIG. 5(A) the absence of waves on the surface of Film 5, and this, after the step of drying the positive electrode film.
  • Figure 5(B) confirms the presence of nickel (in green) and sulfur (in red).
  • Figure 5 also highlights the absence of sulphide agglomerates on the surface of Film 5.
  • a solution comprising a mixture of polybutadiene and polynorbornene (with -COOH groups) (80:20 by weight) dissolved in THF in the suspension makes it possible to adequately disperse the particles of solid electrolyte. Without wishing to be bound by theory, this could be related to an effect of using the modified polynorbornene with -COOH groups.
  • the dispersion seems to be substantially favored by this type of group and by the carbon bridge linked to the very structure of the polynorbornene. Coating of sulfide particles with molecules having double bonds or triple bonds appears to substantially improve dispersion via tt-p interactions and/or polar repulsions.
  • Figures 6 to 8 show in (A) SEM images of the positive electrode films prepared respectively in Examples 3(g) to 3(i) (Movies 7 to 9), and in (B) an SEM image viewed from over those same movies. Scale bars represent 100 ⁇ m.
  • Figures 6 to 8 show good dispersion of the components in these positive electrode films. This indicates that the use of a solution comprising a mixture of polybutadiene and polynorbornene (with -COOH groups) dissolved in THF makes it possible to adequately disperse the coated Li 6 PS 5 CI particles and the electronically conductive material by interactions tt-p and polar repulsions.
  • Example 5 Electrochemical Properties The electrochemical properties of the positive electrode films prepared in Examples 3(a) through 3(j) were investigated. a) Configurations of electrochemical cells
  • the electrochemical cells were assembled according to the following procedure.
  • Pellets 10 mm in diameter were taken from the positive electrode films prepared in Examples 3(a) to 3(j).
  • Ceramic-like inorganic solid electrolytes based on Li 6 PS 5 CI sulfides were prepared by placing 80 mg of ceramic on the surface of the positive electrode films.
  • the positive electrode film pellets including the inorganic solid electrolyte layer were then compressed under a pressure of 2.8 tons using a press. They were then assembled, in a glove box, in CR2032 type button battery boxes facing metallic lithium electrodes 10 mm in diameter on copper current collectors.
  • the electrochemical cells were assembled according to the configurations presented in Table 3. Table 3.
  • Example 5(a) This example illustrates the electrochemical behavior of the electrochemical cells assembled in Example 5(a).
  • the electrochemical cells assembled in Example 5(a) were cycled between 4.3 V and 2.5 V vs Li/Li + .
  • Cells 1-5 were cycled at 50°C and Cells 6-10 were cycled at 30°C.
  • the formation cycle was carried out at a constant charge and discharge current of C/15.
  • four cycles were performed at a constant charge and discharge current of C/10 followed by four cycles at a constant charge and discharge current of C/5.
  • the long cycling experiments were performed at a constant charge and discharge current of C/3.
  • Figure 9 shows a graph of discharge capacity (mAh/g) and coulombic efficiency (%) as a function of the number of cycles for Cells 1 ( ⁇ ) and 2 (A). It can be seen that there is no substantial difference in capacity retention for Cells 1 and 2. Indeed, the curves are substantially overlapped for the 50°C cycling of Cells 1 and 2.
  • Figure 10 shows a graph of average charging and discharging potential (V) as a function of the number of cycles for Cells 1 ( ⁇ ) and 2 (A). It is possible to observe that Cell 2 comprising a mixture of polybutadiene and polynorbornene (with -COOH groups) (80:20 by weight) as a binder makes it possible to obtain a lower polarization during long cycling experiments at a temperature of 50°C and a constant charge and discharge current of C/3. It is also possible to observe a better stability in discharge with the mixture of polybutadiene and polynorbornene (with -COOH groups) (80:20 by weight). Thus, this mixture of polymers ensures better dispersion of the components of the electrode and therefore better ionic and electronic percolation of said components without substantially affecting the charge transfers.
  • V average charging and discharging potential
  • Figure 11 shows a graph of discharge capacity and coulombic efficiency versus cycle number for Cells 3 ( ⁇ ), 4 (), and 5 (A). It is possible to observe that the capacity retention at a temperature of 50°C and at C/3 is improved when polybutadiene is used in combination with styrene or polynorbornene as a binder. Indeed, Cells 3 and 5 comprising respectively a copolymer of styrene and butadiene (styrene-butadiene-styrene (SBS)) and a mixture of polybutadiene and polynorbornene show an improvement in capacity retention compared to Cell 4 comprising polybutadiene.
  • SBS styrene-butadiene-styrene
  • Figure 12 shows a graph of the average charge and discharge potential as a function of the number of cycles (linked to Figure 11 ) for Cells 3 ( ⁇ ), 4 ( ⁇ ) and 5 (A). It is possible to observe that Cells 3 and 5 allow to obtain an improved polarization during long cycling experiments compared to Cell 4. This can be attributed to the cohesive effect provided by styrene or polynorbornene, and therefore, confirms the positive and dispersive effect linked to the use of polynorbornene. Its complementarity with a more elastic polymer therefore ensures cohesion in cycling while allowing breathability of the system.
  • Figure 13 shows a plot of discharge capacity and coulombic efficiency versus cycle number, and in (B) a plot of average charge and discharge potential versus cycle number for Cells 6 ( ⁇ ), 7 (A), 8 ( ⁇ ), 9 ( ⁇ ) and 10 ( ⁇ ).
  • Figure 14 shows a graph of the average potential on charge and on discharge as a function of the number of cycles related to Figure 13 for Cells 6 ( ⁇ ), 7 (A), 8 ( ), 9 (T) and 10 ( ⁇ ).
  • the retention of cycling capacity at C/3 and 30°C is little impacted by the change in formulation insofar as there is a polymer which can provide a cohesive effect (styrene or polynorbornene).
  • a weaker polarization can be observed for the positive electrode film comprising a mixture of polybutadiene and polynorbornene (60:40 by weight) (Film 9) as binder, and this, especially in filler. This can be attributed to the dispersive effect of polynorbornene by the -COOH groups and by the carbon bridge it possesses, coupled with the repulsive and tt-p interactions of the carbons modified by polar groups and the coating of the sulfide particles by organic species with double or triple bonds.
  • the cohesive character provided by the increase in the rate of polynorbornene vs polybutadiene makes it possible to ensure cycling stability while maintaining the particles and the contact between these particles, while polybutadiene makes it possible to absorb the variations in volume of the active material by cycling.

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Abstract

La présente technologie concerne des compositions de liant et des liants comprenant un mélange comprenant un polymère basé sur le polybutadiène et un polymère basé sur le polynorbornène comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un monomère à base de norbornène optionnellement substitué pour utilisation dans des applications électrochimiques, notamment dans les accumulateurs électrochimiques tels que les batteries dites tout solide. Aussi décrits sont des matériaux d'électrode comprenant ledit liant ou ladite composition de liant et leur utilisation dans des cellules électrochimiques, par exemple, dans des accumulateurs électrochimiques, notamment dans des batteries dites tout solide.

Description

LIANTS D'ÉLECTRODE COMPRENANT UN MÉLANGE D’UN POLYMÈRE BASÉ SUR LE POLYBUTADIÈNE ET D’UN POLYMÈRE BASÉ SUR LE POLYNORBORNÈNE, ÉLECTRODES LES COMPRENANT ET LEUR UTILISATION
EN ÉLECTROCHIMIE DEMANDE RELIÉE
La présente demande revendique la priorité, sous la loi applicable, de la demande de brevet provisoire canadienne N° 3,120,992 déposée le 3 juin 2021, le contenu de laquelle est incorporé ici par référence dans son intégralité et à toutes fins.
DOMAINE TECHNIQUE La présente demande se rapporte au domaine des polymères et de leur utilisation dans des applications électrochimiques. Plus particulièrement, la présente demande se rapporte au domaine des liants polymères, aux matériaux d'électrodes les comprenant, à leurs méthodes de production et à leur utilisation dans les cellules électrochimiques, notamment dans des batteries dites tout solide. ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Le développement d'électrolytes solides à base de polymère et/ou de céramique a permis de concevoir des systèmes électrochimiques à l’état tout solide substantiellement plus sécuritaires, légers, flexibles et performants que leurs homologues basés sur l'utilisation d’électrolytes liquides. Un système électrochimique à l’état tout solide idéal serait constitué d’une électrode négative, d’un électrolyte solide et d’une électrode positive composite composée d’un matériau électrochimiquement actif, de l’électrolyte solide et éventuellement d’un matériau conducteur électronique. Le tout pouvant former un ensemble monolithique.
L’un des éléments clés d’un système électrochimique à l’état tout solide est la dispersion de chacun de ses constituants. En effet, les éléments solides peuvent avoir tendance à s’agglomérer pendant l’étape de mélange avec le liant, rendant ainsi le matériau d’électrode non homogène. Parmi les stratégies employées pour solutionner ce problème, on retrouve l’encapsulation des particules des différents constituants du système avec des matériaux d’enrobage permettant une meilleure dispersion de celles-ci. Ces problèmes de dispersion peuvent également être restreints significativement via l’utilisation de liants, d’additifs ou de milieux de dispersion entraînant une meilleure dispersion des particules.
Des polymères basés sur le norbornène ont été décrits comme additifs dans la demande de brevet PCT publiée sous le numéro W02020/061710 (Daigle et al.), ceux-ci étant ajouté à un liant polymère. Les polynorbornènes sont ajoutés, par exemple, afin de supprimer ou de réduire les réactions parasites comme la formation de fluorure de lithium (LiF) et d’acide fluorhydrique (HF) résultantes de la dégradation de liaisons carbone-fluor (C-F). Le brevet coréen publié sous le numéro KR 10-2193945 et la demande de brevet PCT publiée sous le numéro WO2019/004714 décrivent un procédé de fabrication d'un film d'électrolyte solide comprenant un électrolyte solide à base de sulfure et d’un film d'électrode composite permettant d’améliorer les propriétés de dispersion, de densité et de conductivité ionique entre les particules d'électrolyte solide et entre les particules d'électrolyte solide et les particules de matière active par cristallisation d'un état amorphe à cristallin. Pour ce faire, un copolymère à base de norbornène est utilisé, notamment du poly(éthylène-co-propylène-co-5-méthylène-2-norbornène (PEPMNB).
Cependant, il existe toujours un besoin pour le développement de nouveaux matériaux pour utilisation dans des systèmes électrochimiques à l’état tout solide ayant des propriétés améliorées.
SOMMAIRE
Selon un aspect, la présente technologie concerne une composition de liant comprenant un mélange comprenant un polymère basé sur le polybutadiène et un polymère basé sur le polynorbornène comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un composé de Formule I :
Formule I dans laquelle,
R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d’hydrogène, un groupement carboxyle (-COOH), un groupement acide sulfonique (-SO3H), un groupement hydroxyle (-OH), un atome de fluor et un atome de chlore. Dans un mode de réalisation, le polymère basé sur le polynorbornène est un polymère de
Formule II :
Formule II dans laquelle,
R1 et R2 sont tels qu’ici définis, et n est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen en masse du polymère de Formule II soit compris entre environ 10000 g/mol et environ 100 000 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Dans un autre mode de réalisation, le poids moléculaire moyen en masse du polymère de Formule II est compris entre environ 12 000 g/mol et environ 85 000 g/mol, ou entre environ 15 000 g/mol et environ 75 000 g/mol, ou entre environ 20 000 g/mol et environ 65000 g/mol, ou entre environ 25000 g/mol et environ 55000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 50 000 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Dans un autre mode de réalisation, R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d’hydrogène et un groupement -COOH. Selon un exemple, R1 est un groupement -COOH et R2 est un atome d’hydrogène. Selon un autre exemple, R1 et R2 sont tous les deux des groupements -COOH.
Dans un autre mode de réalisation, le polymère basé sur le polybutadiène est du polybutadiène. Dans un autre mode de réalisation, le polymère basé sur le polybutadiène est choisi parmi les polybutadiènes époxydés. Selon un exemple, le polybutadiène époxydé comprend des unités répétitives de Formules III, IV et V : et deux groupes terminaux hydroxyles.
Selon un autre exemple, le polybutadiène époxydé est de Formule VI : dans laquelle, m est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen en masse du polybutadiène époxydé de Formule VI soit compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses; et le poids équivalent d'époxyde est compris entre environ 100 g/mol et environ 600 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le polybutadiène époxydé est une résine Poly bdMC 600E ayant un poids moléculaire moyen en masse d’environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 400 g/mol et environ 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses. Selon un autre exemple, le polybutadiène époxydé est une résine Poly bd MC 605E ayant un poids moléculaire moyen en masse d’environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 260 g/mol et environ 330 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
Dans un autre mode de réalisation, le rapport pondéral polymère basé sur le polybutadiène : polymère basé sur le polynorbornène est compris dans l’intervalle allant d’environ 6:1 à environ 2:3, bornes supérieures et inférieures incluses. Par exemple, le rapport pondéral est compris dans l’intervalle allant d’environ 5,5:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 5:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 4,5:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 4:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 6:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 5,5:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 5:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 4,5:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 4:1 à environ 1 :1 , bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d’intérêt, le rapport pondéral est compris dans l’intervalle allant d’environ 4:1 à environ 1 :1 , bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un liant comprenant une composition de liant telle qu’ici définie. Selon un exemple, le liant est utilisé dans un matériau électrode.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un matériau d’électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif et un liant tel qu’ici défini.
Dans un mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un oxyde de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un phosphate de métal, un fluorophosphate de métal, un oxyfluorophosphate de métal, un sulfate de métal, un halogénure de métal, un fluorure de métal, du soufre, du sélénium et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Par exemple, le métal du matériau électrochimiquement actif est choisi parmi le titane (Ti), le fer (Fe), le manganèse (Mn), le vanadium (V), le nickel (Ni), le cobalt (Co), l’aluminium (Al), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le zirconium (Zr), le niobium (Nb) et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un exemple, le matériau électrochimiquement actif comprend en outre un métal alcalin ou alcalino-terreux choisi parmi le lithium (Li), le sodium (Na), le potassium (K) et le magnésium (Mg).
Dans un mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un métal non-alcalin ou non-alcalino-terreux, un composé intermétallique, un oxyde de métal, un nitrure de métal, un phosphure de métal, un phosphate de métal, un halogénure de métal, un fluorure de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un carbone, du silicium (Si), un composite silicium-carbone (Si-C), un oxyde de silicium (SiOx), un composite oxyde de silicium-carbone (SiOx-C), de l’étain (Sn), un composite étain- carbone (Sn-C), un oxyde d’étain (SnOx), un composite oxyde d’étain-carbone (SnOx-C), et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Dans un autre mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif comprend en outre un élément dopant.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif est sous forme de particules. Par exemple, les particules de matériau électrochimiquement comprennent en outre un matériau d’enrobage. Selon un exemple, le matériau d’enrobage est choisi parmi LhSiOs, LUTisOia, LiTaOs, UAIO2, LhO-ZrOa, LiNbOs, d’autres matériaux similaires et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, le matériau d’enrobage est un matériau conducteur électronique.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau d’électrode comprend en outre un matériau conducteur électronique. Par exemple, le matériau conducteur électronique est choisi parmi le groupe constitué du noir de carbone, du noir d’acétylène, du graphite, du graphène, des fibres de carbone, des nanofibres de carbone, des nanotubes de carbones, et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un exemple d’intérêt, la surface dudit matériau conducteur électronique est greffée avec au moins un groupement aryle de Formule Vil :
Formule VII dans laquelle,
FG est un groupement fonctionnel hydrophile; et n est un nombre entier naturel compris dans l’intervalle de 1 à 5, de préférence n est compris dans l’intervalle de 1 à 3, de préférence n est 1 ou 2, ou plus préférentiellement n est 1.
Selon un exemple, le groupe fonctionnel hydrophile est un groupe fonctionnel acide carboxylique ou acide sulfonique. Selon un autre exemple, le groupement aryle de Formule VII est l'acide p-benzoïque ou l'acide p-benzènesulfonique. Dans un autre mode de réalisation, le matériau d’électrode comprend en outre un additif. Par exemple, l’additif est choisi parmi les matériaux conducteurs ioniques, les particules inorganiques, les particules de verre ou de vitrocéramique, les particules de céramique, les nano céramiques, les sels et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un exemple, l’additif comprend des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d’oxysulfure ou d’oxyde. Selon un autre exemple, l’additif est choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON, argyrodites, grenats, NASICON, pérovskites, les oxydes, les sulfures, les oxysulfures, les phosphures, les fluorures, de forme cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, l’additif est choisi parmi les composés inorganiques de formules MLZO (par exemple, M7La3Zr20i2, M(7-a)La3Zr2AlbOi2, M(7. a)La3Zr2GabOi2, M(7-a)La3Zr(2-b)TabOi2, et M(7-a)La3Zr(2-b)NbbOi2); MLTaO (par exemple, M7La3Ta20i2, M5La3Ta20i2, et M6LasTa1.5Y0.5O12); MLSnO (par exemple, M7La3Sn20i2); MAGP (par exemple, Mi+aAlaGe2-a(P04)3); MATP (par exemple, Mi+aAlaTi2-a(P04)3,); MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3-a)Ti03); MZP (par exemple, MaZrb(P04)c); MCZP (par exemple, MaCabZrc(P04)d); MGPS (par exemple, MaGebPcSd tel que MioGeP2S-i2); MGPSO (par exemple, MaGebPcSdOe); MSiPS (par exemple, MaSibPcSd tel que M10S1P2S12); MSiPSO (par exemple, MaSibPcSdOe); MSnPS (par exemple, MaSnbPcSd tel que MioSnP2S-i2); MSnPSO (par exemple, MaSnbPcSdOe); MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3S11); MPSO (par exemple, MaPbScOd); MZPS (par exemple, MaZnbPcSd); MZPSO (par exemple, MaZnbPcSdOe); xlVbS-yPaSs; xlVbS-yPaSs-zMX; xlVhS-yPaSs-zPaOs; xlVbS- yP2S5-zP205-wMX; xlVbS-ylVbO-zPaSs; xlV S-ylV O-zPaSs-wMX; xlVhS-ylVhO-zPaSs- WP2O5; xM2S-yM20-zP2S5-wP205-vMX; xlVhS-ySiSa; MPSX (par exemple, MaPbScXd tel que M7P3S11X, M7P2S8X, et M6PS5X); MPSOX (par exemple, MaPbScOdXe); MGPSX (par exemple, MaGebPcSdXe); MGPSOX (par exemple, MaGebPcSdOeXf); MSiPSX (par exemple, MaSibPcSdXe); MSiPSOX (par exemple, MaSibPcSdOeXf); MSnPSX (par exemple, MaSnbPcSdXe); MSnPSOX (par exemple, MaSnbPcSdOeXf); MZPSX (par exemple, MaZnbPcSdXe); MZPSOX (par exemple, MaZnbPcSdOeXf); M3OX; M2HOX; M3PO4; M3PS4; et MaPObNc (où a = 2b + 3c - 5); dans lesquelles :
M est un ion de métal alcalin, un ion de métal alcalino-terreux ou une combinaison de ceux-ci, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité; X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci; a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
Selon une variante d’intérêt, l’additif est choisi parmi les composés inorganiques de type argyrodites de formule LÎ6PS5X dans laquelle X est Cl, Br, I ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Par exemple, l’additif est le LÎ6PS5CI.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une électrode comprenant le matériau d'électrode tel qu’ici défini sur un collecteur de courant. Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une électrode autosupportée comprenant le matériau d'électrode tel qu’ici défini.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle au moins l’une de l'électrode positive ou de l’électrode négative est telle qu’ici définie ou comprend un matériau d’électrode tel qu’ici défini.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte en gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte solide hybride polymère- céramique. Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte comprend un matériau d’électrolyte solide inorganique. Selon un exemple, le matériau d’électrolyte solide inorganique comprend des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d’oxysulfure ou d’oxyde. Selon un autre exemple, le matériau d’électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON, argyrodites, grenats, NASICON, pérovskites, les oxydes, les sulfures, les oxysulfures, les phosphures, les fluorures, de forme cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, le matériau d’électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés inorganiques de formules MLZO (par exemple, M7La3Zr20i2, M(7-a)La3Zr2AlbOi2, M(7-a)La3Zr2GabOi2, M(7-a)La3Zr(2-b)TabOi2, et M(7-a>La3Zr(2- b)NbbOi2); MLTaO (par exemple, M7La3Ta2Oi2, M5La3Ta20i2, et M6La3Ta1.5Y0.5O12); MLSnO (par exemple, M7La3Sn20i2); MAGP (par exemple, Mi+aAlaGe2-a(P04)3); MATP (par exemple, Mi+aAlaTi2-a(P04)3,); MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3-a>Ti03); MZP (par exemple, MaZrb(P04)c); MCZP (par exemple, MaCabZrc(P04)d); MGPS (par exemple, MgGebPcSd tel que Mi0GeP2Si2); MGPSO (par exemple, MaGebPcSdOe); MSiPS (par exemple, MaSibPcSd tel que M10S1P2S12); MSiPSO (par exemple, MaSibPcSdOe); MSnPS (par exemple, MaSnbPcSd tel que MioSnP2Si2); MSnPSO (par exemple, MaSnbPcSdOe); MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3S11); MPSO (par exemple, MaPbScOd); MZPS (par exemple, MaZnbPcSd); MZPSO (par exemple, MaZnbPcSdOe); xM2S-yP2S5; xM2S-yP2S5- zMX; xM2S-yP2S5-zP205; xM2S-yP2S5-zP205-wMX; xM2S-yM20-zP2S5; xM2S-yM20- ZP2S5-WMX; xM2S-yM20-zP2S5-wP205; xM2S-yM20-zP2S5-wP205-vMX; xM2S-ySiS2; MPSX (par exemple, MaPbScXd tel que M7P3S11X, M7P2S8X, et M6PS5X); MPSOX (par exemple, MaPbScOdXe); MGPSX (par exemple, MaGebPcSdXe); MGPSOX (par exemple, MgGebPcSdOeXf); MSiPSX (par exemple, MaSibPcSdXe); MSiPSOX (par exemple, MaSibPcSdOeXf); MSnPSX (par exemple, MaSnbPcSdXe); MSnPSOX (par exemple, MgSnbPcSdOeXf); MZPSX (par exemple, MaZnbPcSdXe); MZPSOX (par exemple, MaZnbPcSdOeXf); M3OX; M2HOX; M3P04; M3PS4; et MaPObNc (où a = 2b + 3c - 5); dans lesquelles :
M est un ion de métal alcalin, un ion de métal alcalino-terreux ou une combinaison de ceux-ci, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci; a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable. Selon une variante d’intérêt, le matériau d’électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés inorganiques de type argyrodites de formule LÎ6PS5X dans laquelle X est Cl, Br, I ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Par exemple, le matériau d’électrolyte solide inorganique est le LÎ6PS5CI. Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un accumulateur électrochimique comprenant au moins une cellule électrochimique telle qu’ici définie.
Dans un autre mode de réalisation, l’accumulateur électrochimique est une batterie choisie parmi une batterie au lithium, une batterie lithium-ion, une batterie au sodium, une batterie sodium-ion, une batterie au magnésium, une batterie magnésium-ion. Dans un autre mode de réalisation, l’accumulateur électrochimique est une batterie dite tout solide.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
La Figure 1 montre en (A) une image par MEB du Film 1 , et en (B) l’image correspondante de cartographie par EDS permettant l’analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent respectivement 300 pm et 100 pm.
La Figure 2 montre en (A) une image par MEB du Film 2, et en (B) l’image correspondante de cartographie par EDS permettant l’analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm. La Figure 3 montre en (A) une image par MEB du Film 3, et en (B) l’image correspondante de cartographie par EDS permettant l’analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 4 montre en (A) une image par MEB du Film 4, et en (B) l’image correspondante de cartographie par EDS permettant l’analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 5 montre en (A) une image par MEB du Film 5, et en (B) l’image correspondante de cartographie par EDS permettant l’analyse de la distribution des éléments Ni et S, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm. La Figure 6 montre en (A) une image par MEB du Film 7 permettant d’observer les différentes couches du film, et en (B) une image MEB vue de dessus de ce même film, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 7 montre en (A) une image par MEB du Film 8 permettant d’observer les différentes couches du film, et en (B) une image MEB vue de dessus de ce même film, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
La Figure 8 montre en (A) une image par MEB du Film 9 permettant d’observer les différentes couches du film, et en (B) une image MEB vue de dessus de ce même film, tel que décrit à l'Exemple 4. Les barres d'échelle représentent 100 pm. La Figure 9 montre un graphique de la capacité de décharge (mAh/g) et de l’efficacité coulombique (%) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 1 (■) et la Cellule 2 (A), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
La Figure 10 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge (V) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 1 (■) et la Cellule 2 (A), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
La Figure 11 montre un graphique de la capacité de décharge (mAh/g) et de l’efficacité coulombique (%) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 3 (■), la Cellule 4 (·) et la Cellule 5 (A), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
La Figure 12 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge (V) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 3 (■), la Cellule 4 (·) et la Cellule 5 (A), tel que décrit à l'Exemple 5(b).
La Figure 13 montre en (A) un graphique de la capacité de décharge et de l’efficacité coulombique (%) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 6 (■), la Cellule 7 (A), la Cellule 8 (·), la Cellule 9 (T) et la Cellule 10 (^), tel que décrit à l'Exemple 5(b). La Figure 14 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge (V) en fonction du nombre de cycles pour la Cellule 6 (■), la Cellule 7 (A), la Cellule 8 (·), la Cellule 9 (T) et la Cellule 10 tel que décrit à l'Exemple 5(b).
DESCRIPTION DÉTAILLÉE Tous les termes et toutes les expressions techniques et scientifiques utilisés ici ont les mêmes définitions que celles généralement comprises de la personne versée dans l’art de la présente technologie. La définition de certains termes et expressions utilisés est néanmoins fournie ci-dessous.
Lorsque le terme « environ » est utilisé ici, il signifie approximativement, dans la région de, ou autour de. Par exemple, lorsque le terme « environ » est utilisé en lien avec une valeur numérique, il la modifie au-dessus et au-dessous par une variation de 10% par rapport à sa valeur nominale. Ce terme peut également tenir compte, par exemple, de l'erreur expérimentale d'un appareil de mesure ou de l’arrondissement.
Lorsqu’un intervalle de valeurs est mentionné dans la présente demande, les bornes inférieures et supérieures de l'intervalle sont, à moins d'indications contraires, toujours incluses dans la définition. Lorsqu’un intervalle de valeurs est mentionné dans la présente demande, alors tous les intervalles et sous-intervalles intermédiaires, ainsi que les valeurs individuelles incluses dans les intervalles de valeurs, sont inclus dans la définition.
Lorsque l’article « un » est utilisé pour introduire un élément dans la présente demande, il n’a pas le sens de « un seul », mais plutôt de « un ou plusieurs ». Bien entendu, lorsque la description stipule qu’une étape, un composant, un élément ou une caractéristique particulière « peut » ou « pourrait » être inclus, cette étape, ce composant, cet élément ou cette caractéristique particulière n’est pas tenu d’être inclus dans chaque mode de réalisation.
Pour plus de clarté, l'expression « unités monomères dérivées de » et des expressions équivalentes, telles qu'utilisées ici, se réfèrent à des unités répétées de polymère obtenues à partir de la polymérisation d'un monomère polymérisable.
Le terme « aryle » tel qu’ici utilisé désigne des cycles aromatiques substitués ou non substitués, les atomes contributeurs pouvant former un cycle ou une pluralité de cycles fusionnés. Des groupements aryles représentatifs comprennent les groupes comportant de 6 à 14 membres de cycle. Par exemple, l’aryle peut comprendre un phényle, un naphtyle, etc. Le cycle aromatique peut être substitué à une ou plusieurs positions du cycle avec, par exemple, un groupement carboxyle (-COOH) ou acide sulfonique (-SO3H), un groupement amine, et autres groupements similaires. L'expression « groupe fonctionnel hydrophile », telle qu'utilisée ici, désigne des groupements fonctionnels attirés par les molécules d'eau. Les groupements fonctionnels hydrophiles peuvent généralement être chargés et/ou capables de former des ponts hydrogène. Des exemples non limitatifs de groupements fonctionnels hydrophiles comprennent les groupements hydroxyle, carboxyle, acide sulfonique, acide phosphonique, amine, amide et autres groupes similaires. L'expression englobe en outre les sels de ces groupes, le cas échéant.
L’expression « électrode autoportante » telle qu’utilisée ici se réfère à une électrode sans collecteur du courant métallique. Les structures chimiques décrites ici sont dessinées suivant les conventions du domaine. Aussi, lorsqu’un atome, comme un atome de carbone, tel que dessiné semble inclure une valence incomplète, alors on assume que la valence est satisfaite par un ou plusieurs atomes d’hydrogène même s’ils ne sont pas explicitement dessinés.
La présente technologie concerne un liant d’électrode comprenant un mélange de polymères, plus spécifiquement un liant d’électrode comprenant un mélange de polymères pour utilisation dans des systèmes électrochimiques dits tout solide.
Plus particulièrement, la présente technologie concerne un liant d’électrode comprenant un mélange incluant un polymère basé sur le polybutadiène et un polymère basé sur le polynorbornène comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un composé de Formule I :
Formule I dans laquelle,
R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d’hydrogène, un groupement carboxyle (-COOH), un groupement acide sulfonique (-SO3H), un groupement hydroxyle (-OH), un atome de fluor et un atome de chlore. Selon un exemple, au moins l'un de R1 ou R2 est choisi parmi -COOH, -SO3H -OH, F, et Cl, ce qui signifie qu'au moins l'un de R1 ou R2 est différent d'un atome d'hydrogène.
Selon un autre exemple, R1 est un groupement -COOH et R2 est un atome d'hydrogène.
Selon un autre exemple, au moins l'un de R1 ou R2 est un groupement -COOH et les unités monomères à base de norbornène sont des unités monomères à base de norbornène fonctionnalisées par un acide carboxylique. Selon une variante d’intérêt, R1 est un groupement -COOH et R2 est un atome d'hydrogène. Selon une autre variante d’intérêt, R1 et R2 sont tous les deux des groupements -COOH.
La présente technologie concerne également un liant d’électrode comprenant un mélange incluant un polymère basé sur le polybutadiène et un polymère basé sur le polynorbornène de Formule II :
Formule II dans laquelle,
R1 et R2 sont tels que définis précédemment, et n est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen en masse du polymère de Formule II soit compris entre environ 10 000 g/mol et environ 100 000 g/mol tel que déterminé par chromatographie par perméation de gel (CPG), bornes supérieures et inférieures incluses. Selon un autre exemple, le poids moléculaire moyen en masse du polymère basé sur le polynorbornène de Formule II est compris entre environ 12 000 g/mol et environ 85 000 g/mol, ou entre environ 15 000 g/mol et environ 75 000 g/mol, ou entre environ 20 000 g/mol et environ 65 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 55 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 50 000 g/mol tel que déterminé par CPG, bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon une variante d’intérêt, R1 et R2 sont des groupements -COOH. Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polynorbornène est de Formule ll(a) : dans laquelle,
R2 et n sont tels que définis précédemment.
Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polynorbornène est de Formule 11(b) :
Formule 11(b) dans laquelle, n est tel que défini précédemment.
Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polynorbornène de Formules II, 11(a) ou 11(b) est un homopolymère.
Selon un autre exemple, la polymérisation d'un monomère à base de norbornène de Formule I peut être effectuée par toutes les méthodes de polymérisation compatibles et connues. Selon une variante d’intérêt, la polymérisation du composé de Formule I peut être effectuée par le procédé de synthèse décrit par Commarieu, B. et al. (Commarieu, Basile, et al. "Ultrahigh Tg Epoxy Thermosets Based on Insertion Polynorbornenes", Macromolecules, 49.3 (2016): 920-925). Par exemple, la polymérisation du composé de Formule I peut également être effectuée par un procédé de polymérisation par addition. Par exemple, les polymères basés sur le polynorbornène produits par un procédé de polymérisation par addition peuvent être substantiellement stables dans des conditions sévères (par exemple, des conditions acides et basiques). La polymérisation par addition de polymères basés sur le polynorbornène peut être effectuée en utilisant des monomères à base de norbornène bon marché. La température de transition vitreuse (Tv) obtenue avec les polymères basés sur le polynorbornène produits par cette voie de polymérisation peut être égale ou supérieure à environ 300 °C, par exemple, aussi élevée que 350 °C.
Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polybutadiène peut être caractérisé par une élasticité ou une flexibilité substantiellement plus élevée et/ou par une température de transition vitreuse (Tv) substantiellement plus basse que celles du polymère basé sur le polynorbornène de Formules II, ll(a) ou ll(b).
Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polybutadiène peut être du polybutadiène. Alternativement, le polymère basé sur le polybutadiène peut être du polybutadiène fonctionnalisé ou un polymère dérivé du polybutadiène. Par exemple, en comparaison avec le polybutadiène non fonctionnalisé, le polybutadiène fonctionnalisé ou le polymère dérivé du polybutadiène peut être caractérisé par une élasticité ou une flexibilité substantiellement plus élevée, et/ou par une température de transition vitreuse (Tv) substantiellement plus basse et/ou peut améliorer les propriétés mécaniques ou de cohésion du liant d’électrode. Selon un autre exemple, le polymère basé sur le polybutadiène est choisi parmi les polybutadiènes époxydés, par exemple, des polybutadiènes époxydés ayant des groupements terminaux réactifs. Par exemple, les groupements terminaux réactifs peuvent être des groupements hydroxyles. Le polybutadiène époxydé peut comprendre des unités répétitives de Formules III, IV et V :
Formule III Formule IV Formule V et deux groupes terminaux hydroxyles. Selon un autre exemple, le poids moléculaire moyen en masse du polybutadiène époxydé comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V peut être compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol tel que déterminé par CPG, bornes supérieures et inférieures incluses. Selon un autre exemple, le poids équivalent d'époxyde du polybutadiène époxydé comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V est compris entre environ 100 g/mol et environ 600 g/mol tel que déterminé par CPG, bornes supérieures et inférieures incluses. Le poids équivalent d'époxyde correspond à la masse de résine qui contient 1 mole de groupements fonctionnels époxydes. Selon une variante d’intérêt, le polybutadiène époxydé est de Formule VI : dans laquelle, m est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen en masse du polybutadiène époxydé de Formule VI soit compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol tel que déterminé par CPG, bornes supérieures et inférieures incluses; et le poids équivalent d'époxyde est compris entre environ 100 g/mol et environ 600 g/mol tel que déterminé par CPG, bornes supérieures et inférieures incluses. Selon un autre exemple, le poids moléculaire moyen en masse du polybutadiène époxydé comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé de Formule VI est compris entre environ 1 050 g/mol et environ 1 450 g/mol, ou entre environ 1 100 g/mol et environ 1 400 g/mol, ou entre environ 1 150 g/mol et environ 1 350 g/mol, ou entre environ 1 200 g/mol et environ 1 350 g/mol, ou entre environ 1 250 g/mol et environ 1 350 g/mol tel que déterminé par CPG, bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d’intérêt, le poids moléculaire moyen en masse du polybutadiène époxydé comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé de Formule VI est d’environ 1 300 g/mol tel que déterminé par CPG.
Selon un autre exemple, le poids équivalent d'époxyde du polybutadiène époxydé comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé de Formule VI est compris entre environ 150 g/mol et environ 550 g/mol, ou entre environ 200 g/mol et environ 550 g/mol, ou entre environ 210 g/mol et environ 550 g/mol, ou entre environ 260 g/mol et environ 500 g/mol tel que déterminé par CPG, bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d’intérêt, le poids équivalent d'époxyde du polybutadiène époxydé comprenant des unités répétitives de Formules III, IV et V ou du polybutadiène époxydé de Formule VI est compris entre environ 400 g/mol et environ 500 g/mol, ou entre environ 260 g/mol et environ 330 g/mol tel que déterminé par CPG, bornes supérieures et inférieures incluses.
Par exemple, le polybutadiène époxydé de Formule VI est une résine de polybutadiène époxydé ayant des groupements terminaux hydroxyles commerciale de type Poly bdMC 600E ou 605E commercialisée par Cray Valley. Les propriétés physico-chimiques de ces résines sont présentées dans le Tableau 1.
Tableau 1. Propriétés physico-chimiques des résines de type Poly bd 600E ou 605E
Il est entendu que le liant d’électrode comprend un mélange de polymères comprenant au moins un premier polymère et un au moins second polymère. Le premier polymère est le polymère basé sur le polybutadiène et le second polymère est le polymère basé sur le polynorbornène comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation du composé de Formule I ou le polymère de Formule II, ll(a) ou ll(b).
Selon un autre exemple, le rapport « premier polymère : second polymère » est compris dans l’intervalle allant d’environ 6:1 à environ 2:3, bornes supérieures et inférieures incluses. Par exemple, le rapport « premier polymère : second polymère » est compris dans l’intervalle allant d’environ 5,5:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 5:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 4,5:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 4:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 6:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 5,5:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 5:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 4,5:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 4:1 à environ 1 :1 , bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d’intérêt, le rapport « premier polymère : second polymère » est compris dans l’intervalle allant d’environ 4:1 à environ 1 :1 , bornes supérieures et inférieures incluses.
Selon un autre exemple, le mélange de polymères dudit liant d’électrode peut être solubilisé dans au moins un solvant. Par exemple, le solvant peut être choisi pour sa capacité à solubiliser le mélange de polymères et à être efficacement mélangé avec celui- ci. Par exemple, le solvant peut être un solvant organique, par exemple, un solvant polaire aprotique. Par exemple, le solvant peut être choisi parmi le groupe constitué du dichlorométhane (DCM), N,N-diméthylformamide (DMF), du carbonate de diéthyle (DEC), du N,N-diméthylacétamide (DMAC), du N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), du dioxolane, du dioxane, du toluène, du benzène, du méthoxybenzène, des dérivés de benzène, du tétrahydrofurane (THF), et d’une combinaison miscible d’au moins deux de ceux-ci. Selon une variante d’intérêt, le solvant est le THF, un mélange comprenant du THF et du méthoxybenzène, un mélange comprenant du toluène et du THF, un mélange comprenant du toluène et du DEC, un mélange comprenant du toluène et de DMAC, un mélange comprenant du p-xylène et du THF, un mélange comprenant du m-xylène et du THF, un mélange comprenant du o-xylène et du THF, un mélange comprenant du p-xylène et du DEC, un mélange comprenant du m-xylène et du DEC, un mélange comprenant du o- xylène et du DEC, ou un mélange comprenant du toluène et du méthoxybenzène. Néanmoins, ce solvant est de préférence éliminé de l’électrode dans lequel se retrouve le liant avant son assemblage avec d’autres éléments d’une cellule électrochimique.
La présente technologie concerne également l'utilisation du liant d’électrode tel qu’ici défini ici dans un matériau d’électrode. En effet, un matériau d’électrode comprenant un matériau d'électrode incluant un matériau électrochimiquement actif et un liant d’électrode tel qu’ici défini ici est aussi envisagé.
Selon un exemple, le matériau d'électrode tel qu’ici défini inclut en outre un matériau conducteur électronique. Des exemples non limitatifs de matériau conducteur électronique comprennent une source de carbone tels que le noir de carbone (par exemple, le carbone KetjenMC et le carbone Super PMC), le noir d'acétylène (par exemple, le carbone Shawinigan et le noir de carbone DenkaMC), le graphite, le graphène, les fibres de carbone (par exemple, les fibres de carbone formées en phase gazeuse (VGCFs)), les nanofibres de carbone, les nanotubes de carbone (NTCs) et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Selon un autre exemple, le matériau conducteur électronique, s’il est présent dans le matériau d'électrode, peut être un matériau conducteur électronique modifié tels que ceux décrits dans la demande de brevet PCT publiée sous le numéro WO2019/218067 (Delaporte et al.). Par exemple, le matériau conducteur électronique modifié peut être greffé avec au moins un groupement aryle de Formule VII :
Formule VII dans laquelle,
FG est un groupement fonctionnel hydrophile; et n est un nombre entier naturel compris dans l’intervalle allant de 1 à 5, de préférence n est compris dans l’intervalle allant de 1 à 3, de préférence n est 1 ou 2, et plus préférentiellement n est 1 .
Des exemples de groupements fonctionnels hydrophiles incluent les groupements hydroxyle, carboxyle, acide sulfonique, acide phosphonique, amine, amide et autres groupes similaires. Par exemple, le groupement fonctionnel hydrophile est un groupement fonctionnel carboxyle ou acide sulfonique. Des exemples préférentiels de groupement aryle de Formule VII incluent l'acide p-benzoïque et l'acide p-benzènesulfonique.
Selon une variante d’intérêt, le matériau conducteur électronique est du noir de carbone éventuellement greffé avec au moins un groupement aryle de Formule VII. Selon une autre variante d’intérêt, le matériau conducteur électronique peut être un mélange comprenant au moins un matériau conducteur électronique modifié. Par exemple, un mélange de noir de carbone greffé avec au moins un groupement aryle de Formule VII et des fibres de carbone (par exemple, des fibres de carbone formées en phase gazeuse (VGCFs)), des nanofibres de carbone, des nanotubes de carbone (NTCs) ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, ledit matériau d’électrode est un matériau d’électrode positive et le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un oxyde de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un phosphate de métal, un fluorophosphate de métal, un oxyfluorophosphate de métal, un sulfate de métal, un halogénure de métal (par exemple, un fluorure de métal), du soufre, du sélénium, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon un autre exemple, le métal du matériau électrochimiquement actif est choisi parmi le titane (Ti), le fer (Fe), le manganèse (Mn), le vanadium (V), le nickel (Ni), le cobalt (Co), l’aluminium (Al), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le zirconium (Zr), le niobium (Nb) et leurs combinaisons, lorsque compatibles. Le matériau électrochimiquement actif peut éventuellement comprendre en outre un métal alcalin ou alcalino-terreux, par exemple, du lithium (Li), du sodium (Na), du potassium (K) ou du magnésium (Mg).
Des exemples non limitatifs de matériaux électrochimiquement actifs incluent des phosphates de lithium et de métal, des oxydes complexes, tels que LiM’PC (où M’ est Fe, Ni, Mn, Co, ou une combinaison de ceux-ci), UV3O8, V2O5, LiM^C , LiM”02 (où M” est Mn, Co, Ni, ou une combinaison de ceux-ci), Li(NiM’”)02 (où M’” est Mn, Co, Al, Fe, Cr, Ti, ou Zr, ou une combinaison de ceux-ci) et leurs combinaisons, lorsque compatibles.
Selon une variante d’intérêt, le matériau électrochimiquement actif est un oxyde ou un phosphate tels que ceux décrits ci-dessus.
Par exemple, le matériau électrochimiquement actif est un oxyde de lithium et de manganèse, dans lequel le manganèse peut être partiellement substitué par un second métal de transition, tel qu'un oxyde de lithium, de nickel, de manganèse et de cobalt (NMC). Selon une alternative, le matériau électrochimiquement actif est le phosphate de fer lithié. Selon une autre alternative, le matériau électrochimiquement actif est un phosphate de métal lithié contenant du manganèse tel que ceux décrits ci-dessus, par exemple, le phosphate de métal lithié contenant du manganèse est un phosphate de fer et de manganèse lithié (LiMni-xFexP04, où x est entre 0,2 et 0,5).
Selon un autre exemple, ledit matériau d’électrode est un matériau d’électrode négative et le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un métal non-alcalin et non- alcalino-terreux (par exemple, l’indium (In), le germanium (Ge) et le bismuth (Bi)), un composé intermétallique (par exemple, SnSb, TiSnSb, Cu2Sb, AlSb, FeSb2, FeSn2 et CoSn2), un oxyde de métal, un nitrure de métal, un phosphure de métal, un phosphate de métal (par exemple, LiThiPO^), un halogénure de métal (par exemple, un fluorure de métal), un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un carbone (par exemple, le graphite, le graphène, l’oxyde de graphène réduit, un carbone dur, un carbone mou, le graphite exfolié et le carbone amorphe), du silicium (Si), un composite silicium-carbone (Si-C), un oxyde de silicium (SiOx), un composite oxyde de silicium-carbone (SiOx-C), de l’étain (Sn), un composite étain-carbone (Sn-C), un oxyde d’étain (SnOx), un composite oxyde d’étain- carbone (SnOx-C), et leurs combinaisons, lorsque compatibles. Par exemple, l’oxyde de métal peut être choisi parmi les composés de formules M””bOc (où M”” est Ti, Mo, Mn, Ni, Co, Cu, V, Fe, Zn, Nb, ou une combinaison de ceux-ci; et b et c sont des nombres tels que le ratio c:b se situe dans l’intervalle allant de 2 à 3) (par exemple, M0O3, M0O2, M0S2, V2O5, et TiNb207), les oxydes spinelles (par exemple, N1C02O4, ZhOq2q4, MnCo204, CUC02O4, et CoFe2Ü4) et LiM””O (où M’”” est Ti, Mo, Mn, Ni, Co, Cu, V, Fe, Zn, Nb, ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci) (par exemple, un titanate de lithium (tel que Li4Ti5Oi2) ou un oxyde de lithium et de molybdène (tel que U2M04O13)).
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut éventuellement être dopé avec d'autres éléments inclus en plus petites quantités, par exemple pour moduler ou optimiser ses propriétés électrochimiques. Le matériau électrochimiquement actif peut être dopé par la substitution partielle du métal par d'autres ions. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être dopé avec un métal de transition (par exemple Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn ou Y) et/ou un métal autre qu’un métal de transition (par exemple, Mg, Al ou Sb).
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être sous forme de particules (par exemple, de microparticules et/ou de nanoparticules) qui peuvent être fraîchement formées ou de source commerciale. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif peut être sous forme de particules enrobées d'une couche de matériau d’enrobage dans une configuration de type noyau-enrobage (core-shell). Le matériau d’enrobage peut être un matériau conducteur électronique, par exemple un enrobage de carbone conducteur. La couche de carbone conducteur peut aussi être éventuellement greffée avec au moins un groupement aryle de Formule Vil. Alternativement, le matériau d’enrobage peut permettre de substantiellement réduire les réactions interfaciales à l'interface entre le matériau électrochimiquement actif et un électrolyte, par exemple, un électrolyte solide, et en particulier, un électrolyte solide de type céramique à base de à base de sulfure (par exemple, à base de LÎ6PS5CI). Par exemple, le matériau d’enrobage peut être choisi parmi LhSiOs, LUTisO·^, LiTaOs, UAIO2, LÎ20-Zr02, LiNb03 leurs combinaisons, lorsque compatibles, et d’autres matériaux similaires. Selon une variante d’intérêt, le matériau d’enrobage comprend du LiNbOs.
Selon un autre exemple, le matériau d’électrode tel qu’ici défini inclut en outre un additif. Par exemple, l’additif est choisi parmi les matériaux conducteurs ioniques, les particules inorganiques, les particules de verre ou de vitrocéramique, les particules de céramique, incluant les nano céramiques (par exemple, AI2O3, T1O2, S1O2 et d’autres composés similaires), les sels (par exemple, les sels de lithium) et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Par exemple, l’additif peut être un conducteur ionique choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON, argyrodites, grenats (« garnet » en anglais), NASICON, pérovskites, les oxydes, les sulfures, les halogénures de soufre, les phosphates, les thio-phosphates, dé formé cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Selon une variante d’intérêt, l’additif, s’il est présent dans le matériau d’électrode, peut être des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique de forme cristalline et/ou amorphe. Par exemple, les particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique peuvent être à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d’oxysulfure, d’oxyde, ou d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Des exemples non limitatifs de particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique incluent des composés inorganiques de formules MLZO (par exemple, M7La3Zr20i2, M(7-a)La3Zr2AlbOi2, M(7-a)La3Zr2GabOi2, M(7- a)La3Zr(2-b)TabOi2, et M(7-a)La3Zr(2-b)NbbOi2); MLTaO (par exemple, M7La3Ta2Oi2, M5La3Ta20i2, et M6La3Ta1.5Y0.5O12); MLSnO (par exemple, M7La3Sn20i2); MAGP (par exemple, Mi+aAlaGe2-a(P04)3); MATP (par exemple, Mi+aAlaTÎ2-a(P04)3); MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3-a>Ti03); MZP (par exemple, MaZrb(P04)c); MCZP (par exemple, MaCabZrc(P04)d); MGPS (par exemple, MaGebPcSd tel que MioGeP2Si2); MGPSO (par exemple, MaGebPcSdOe); MSiPS (par exemple, MaSibPcSd tel que M10S1P2S12); MSiPSO (par exemple, MaSibPcSdOe); MSnPS (par exemple, MaSnbPcSd tel que MioSnP2Si2); MSnPSO (par exemple, MaSnbPcSdOe); MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3S11); MPSO (par exemple, MaPbScOd); MZPS (par exemple, MaZnbPcSd); MZPSO (par exemple, MaZnbPcSdOe); xM2S-yP2S5; xM2S-yP2S5-zMX; xM2S-yP2S5-zP205; xM2S-yP2S5-zP205- wMX; xM2S-yM20-zP2S5; xM2S-yM20-zP2S5-wMX; xM2S-yM20-zP2S5-wP205; XM2S- yM20-zP2S5-wP205-vMX; xM2S-ySiS2; MPSX (par exemple, MaPbScXd tel que M7P3S11X, M7P2S8X, et M6PS5X); MPSOX (par exemple, MaPbScOdXe); MGPSX (par exemple, MaGebPcSdXe); MGPSOX (par exemple, MaGebPcSdOeXf); MSiPSX (par exemple, MaSibPcSdXe); MSiPSOX (par exemple, MaSibPcSdOeXf); MSnPSX (par exemple, MaSribPcSdXe); MSnPSOX (par exemple, MaSnbPcSdOeXf); MZPSX (par exemple, MaZribPcSdXe); MZPSOX (par exemple, MaZnbPcSdOeXf); M3OX; M2HOX; M3PO4; M3PS4; et MaPObNc (où a = 2b + 3c - 5); dans lesquelles :
M est un ion de métal alcalin, un ion de métal alcalino-terreux ou une combinaison de ceux-ci, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci; a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
Par exemple, M est choisi parmi Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon une variante d’intérêt, M comprend Li et peut comprendre en outre au moins un parmi Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon une variante d’intérêt, M comprend Na, K, Mg ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Par exemple, l’additif, s’il est présent dans le matériau d’électrode, peut être des particules de céramique à base de sulfure, par exemple, des particules de céramique de type argyrodites de formule LÎ6PS5X (où X est Cl, Br, I ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci). Selon une variante d’intérêt, l’additif est l’argyrodite LÎ6PS5CI.
Par exemple, le procédé de préparation du matériau d'électrode tel qu’ici défini inclut en outre l'utilisation d'un solvant, par exemple, un solvant organique. Par exemple, le solvant peut permettre d’obtenir une viscosité optimale pour l’enduction du matériau d’électrode, soit d'environ 10 000 cP, et peut être substantiellement éliminé dans une étape de séchage post-enduction. Par exemple, le solvant peut être le THF ou le méthoxybenzène (ou anisole).
La présente technologie concerne également une électrode comprenant un matériau d’électrode tel qu’ici défini. Selon un exemple, l’électrode peut être sur un collecteur de courant (par exemple, une feuille d’aluminium ou de cuivre). Alternativement, l’électrode peut être autosupportée.
La présente technologie concerne également une cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle au moins l'une de l'électrode négative ou de l'électrode positive est telle que définie ici.
Selon une variante d'intérêt, l’électrode négative est telle que définie ici. Par exemple, le matériau électrochimiquement de l’électrode négative peut être choisi pour sa compatibilité électrochimique avec les différents éléments de la cellule électrochimique telle qu’ici définie. Par exemple, le matériau électrochimiquement du matériau d’électrode négative peut posséder un potentiel d’oxydo-réduction substantiellement plus bas que celui du matériau électrochimiquement actif de l’électrode positive.
Selon une autre variante d'intérêt, l’électrode positive est telle qu’ici définie et l’électrode négative inclut un matériau électrochimiquement actif choisi parmi tous les matériaux électrochimiquement actifs compatibles connus. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif de l’électrode négative peut être choisi pour sa compatibilité électrochimique avec les différents éléments de la cellule électrochimique telle qu’ici définie. Des exemples non limitatifs de matériaux électrochimiquement actifs d’électrode négative incluent les métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux, les alliages comprenant au moins un métal alcalin ou alcalino-terreux, les métaux non-alcalin et non-alcalino- terreux (par exemple, l’indium (In), le germanium (Ge) et le bismuth (Bi)), et les alliages ou composés intermétalliques (par exemple, SnSb, TiSnSb, Cu2Sb, AlSb, FeSb2, FeSn2 et CoSn2). Par exemple, le matériau électrochimiquement actif de l’électrode négative peut être sous forme de film ayant une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d’environ 5 pm à environ 500 pm et de préférence dans l’intervalle allant d’environ 10 pm à environ 100 pm, bornes supérieures et inférieures incluses. Selon une variante d’intérêt, le matériau électrochimiquement actif de l’électrode négative peut comprendre un film de lithium métallique ou d’un alliage incluant du lithium métallique.
Selon un autre exemple, l’électrode positive peut être prélithiée et l’électrode négative peut être initialement ( i.e . avant le cyclage de la cellule électrochimique) substantiellement ou complètement exempte de lithium. L’électrode négative peut être lithiée in situ lors du cyclage de ladite cellule électrochimique, notamment lors de la première charge. Selon un exemple, du lithium métallique peut être déposé in situ sur le collecteur de courant (par exemple, un collecteur de courant en cuivre) lors du cyclage de la cellule électrochimique, notamment lors de la première charge. Selon un autre exemple, un alliage incluant du lithium métallique peut être généré à la surface d’un collecteur de courant (par exemple, un collecteur de courant en aluminium) lors du cyclage de la cellule électrochimique, notamment lors de la première charge. Il est entendu que l’électrode négative peut être générée in situ lors du cyclage de la cellule électrochimique, notamment lors de la première charge.
Selon une autre variante d'intérêt, l’électrode positive et l’électrode négative sont toutes les deux telles qu’ici définies.
Selon un autre exemple, l’électrolyte peut être choisi pour sa compatibilité avec les différents éléments de la cellule électrochimique. Tout type d'électrolyte compatible est envisagé. Selon un exemple, l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant. Selon une alternative, l'électrolyte est un électrolyte en gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant. Selon une autre alternative, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant. Selon une autre alternative, l'électrolyte comprend un matériau d’électrolyte solide inorganique, par exemple, l'électrolyte peut être un électrolyte solide de type céramique. Selon une autre alternative, l'électrolyte est un électrolyte solide hybride polymère-céramique.
Selon un autre exemple, le sel, s’il est présent dans l’électrolyte, peut être un sel ionique, tel qu'un sel de lithium. Des exemples non limitatifs de sels de lithium incluent l’hexafluorophosphate de lithium (LiPFe), le bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de lithium (LiTFSI), le bis(fluorosulfonyl)imidure de lithium (LiFSI), le 2-trifluorométhyl-4,5-dicyano- imidazolate de lithium (LiTDI), le 4,5-dicyano-1 ,2,3-triazolate de lithium (LiDCTA), le bis (pentafluoroéthylsulfonyl)imidure de lithium (LiBETI), le difluorophosphate de lithium (LiDFP), le tétraflu oroborate de lithium (L1BF4), le bis(oxalato)borate de lithium (LiBOB), le nitrate de lithium (UNO3), le chlorure de lithium (LiCI), le bromure de lithium (LiBr), le fluorure de lithium (LiF), le perchlorate de lithium (UCIO4), l’hexafluoroarsénate de lithium (LiAsFe), le trifluorométhanesulfonate de lithium (USO3CF3) (LiTf), le fluoroalkylphosphate de lithium Li[PF3(CF2CF3)3] (LiFAP), le tétrakis(trifluoroacétoxy)borate de lithium Li[B(OCOCF3) ] (LiTFAB), le bis(1 ,2-benzenediolato(2-)-0,0')borate de lithium Li[B(C602)2] (LiBBB), le difluoro(oxalato)borate de lithium (LiBF2(C204)) (LiFOB), un sel de formule LiBF204Rx (dans laquelle, Rx = C2-C4alkyle), et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
Selon un autre exemple, le solvant, s’il est présent dans l’électrolyte, peut être un solvant non aqueux. Des exemples non limitatifs de solvants incluent les carbonates cycliques comme le carbonate d'éthylène (EC), le carbonate de propylène (PC), le carbonate de butylène (BC) et le carbonate de vinylène (VC); les carbonates acycliques comme le carbonate de diméthyle (DMC), le carbonate de diéthyle (DEC), le carbonate de méthyle et d’éthyle (EMC) et le carbonate de dipropyle (DPC); les lactones comme la y- butyrolactone (g-BL) et la g-valérolactone (g-VL); les éthers acycliques comme le 1 ,2- diméthoxyéthane (DME), le 1 ,2-diéthoxyéthane (DEE), l’éthoxy méthoxy éthane (EME), le triméthoxyméthane et l’éthylmonoglyme; les éthers cycliques comme le tétrahydrofurane, le 2-méthyltétrahydrofurane, le 1 ,3-dioxolane et les dérivés de dioxolane; et d'autres solvants comme le diméthylsulfoxyde, le formamide, l’acétamide, le diméthylformamide, l’acétonitrile, le propylnitrile, le nitrométhane, les triesters d'acide phosphorique, le sulfolane, le méthylsulfolane, les dérivés de carbonate de propylène et leurs mélanges.
Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte en gel ou un électrolyte polymère en gel. L'électrolyte polymère en gel peut comprendre, par exemple, un précurseur de polymère et un sel (par exemple, un sel tel que défini précédemment), un solvant (par exemple, un solvant tel que défini précédemment) et un initiateur de polymérisation et/ou de réticulation, si nécessaire. Des exemples d'électrolyte en gel incluent, sans limitation, des électrolytes en gel tels que ceux décrits dans les demandes de brevets PCT publiées sous les numéros W02009/111860 (Zaghib ét al.) et W02004/068610 (Zaghib et al.).
Selon un autre exemple, un électrolyte en gel ou un électrolyte liquide tel que défini précédemment peut également imprégner un séparateur tel qu'un séparateur en polymère. Des exemples de séparateurs incluent, sans limitation, des séparateurs de polyéthylène (PE), de polypropylène (PP), de cellulose, de polytétrafluoroéthylène (PTFE), poly(fluorure de vinylidène) (PVDF) et de polypropylène-polyéthylène- polypropylène (PP/PE/PP). Par exemple, le séparateur est un séparateur de polymère commercial de type CelgardMC. Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide. Par exemple, la composition d’électrolyte polymère solide peut être choisie parmi toutes les compositions d’électrolytes polymères solides connues et peut être choisie pour sa compatibilité avec les divers éléments d’une cellule électrochimique. Les compositions d’électrolytes polymères solides comprennent généralement un sel ainsi qu’un ou plusieurs polymère(s) polaire(s) solide(s), éventuellement réticulé(s). Des polymères de type polyéther, tels que ceux à base de poly(oxyde d’éthylène) (POE), peuvent être utilisés, mais plusieurs autres polymères compatibles sont également connus pour la préparation d’électrolytes polymères solides et sont également envisagés. Le polymère peut être réticulé. Des exemples de tels polymères incluent les polymères ramifiés, par exemple, des polymères en étoile ou des polymères en peigne tels que ceux décrits dans la demande de brevet PCT publiée sous le numéro W02003/063287 (Zaghib et al.).
Selon un autre exemple, la composition d’électrolyte polymère solide peut inclure un copolymère séquencé composé d’au moins un segment de solvatation d’ions lithium et éventuellement d’au moins un segment réticulable. Préférablement, le segment de solvatation d’ions lithium est choisi parmi les homo- ou copolymères ayant des unités répétitives de Formule VIII: (CH2-CH-0)x-
R
Formule VIII dans laquelle,
R est choisi parmi un atome d’hydrogène, et un groupement C-i-C-ioalkyle ou un groupement -(CH2-0-RaRb);
Ra est (CH2-CH2-0)y;
Rb est choisi parmi un atome d’hydrogène et un groupement C-i-C-ioalkyle; x est un nombre entier choisi dans l’intervalle de 10 à 200 000; et y est un nombre entier choisi dans l’intervalle de 0 à 10.
Selon un autre exemple, le segment réticulable du copolymère est un segment de polymère comprenant au moins un groupement fonctionnel réticulable de façon multidimensionnelle par irradiation ou par traitement thermique. Selon un autre exemple, l'électrolyte comprend un matériau d’électrolyte solide inorganique conducteur ionique et peut comprendre des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique. Par exemple, des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d’oxysulfure, d’oxyde, ou d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon une variante d’intérêt, l'électrolyte comprend des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique telles que décrites précédemment.
Selon un autre exemple, l'électrolyte est un électrolyte solide hybride polymère- céramique, et peut, par exemple, comprendre des particules de matériau inorganique telles qu’ici définies, préalablement dispersées dans un électrolyte polymère solide tel que défini précédemment. Alternativement, l’électrolyte solide hybride polymère-céramique comprend une couche d’électrolyte céramique tel que défini précédemment entre deux couches d’électrolyte polymère solide tel que défini précédemment.
Selon un autre exemple, l'électrolyte peut également éventuellement inclure des additifs tels que des matériaux conducteurs ioniques, des particules inorganiques, des particules de verre ou de céramique telles que définies ci-dessus et d’autres additifs de même type. Selon un autre exemple, l'additif peut être un composé dicarbonylé tel que ceux décrits dans la demande de brevet PCT publiée sous le numéro WO2018/116529 (Asakawa et al.). Par exemple, l'additif peut être du poly(éthylène-alt-anhydride maléique) (PEMA). L’additif peut être choisi parmi tous les additifs pour électrolyte connus et peut être choisi pour sa compatibilité avec les différents éléments de la cellule électrochimique. Selon un exemple, l’additif peut être substantiellement dispersé dans l'électrolyte. Alternativement, l’additif peut être présent dans une couche séparée.
Selon un exemple, le liant d’électrode comprenant un mélange de polymère tel qu’ici défini peut améliorer significativement la dispersion des différents constituants du matériau de l’électrode positive, en particulier des constituants solides. Par exemple, le liant d’électrode comprenant un mélange de polymère tel qu’ici défini peut favoriser substantiellement la dispersion du matériau électrochimiquement actif, du matériau conducteur électronique et/ou du matériau d'électrolyte solide de type céramique. Par exemple, les groupements R1 et/ou R2 du polymère basé sur le polynorbornène du mélange de polymères dudit liant peuvent être des groupements pouvant favoriser la dispersion d’un de ces matériaux. Par exemple, les groupements carboxyles (-COOH) peuvent être des groupements pouvant favoriser la dispersion d’un de ces matériaux. Sans vouloir être lié par la théorie, par exemple, des interactions répulsives liées au mélange de polymère dudit matériau pourraient permettre une meilleure dispersion des constituants de l’électrode positive dans la dispersion, et ce, par la modification ou non des autres constituants permettant ce type d’interactions. Par exemple, les interactions répulsives peuvent être des interactions de type p-p et/ou polaires.
Selon un autre exemple, les différents constituants du matériau d’électrode positive peuvent être modifiés afin d’augmenter substantiellement les interactions répulsives avec le mélange de polymères dudit liant, et ainsi, de favoriser leur dispersion. Par exemple, les différents constituants de l’électrode positive peuvent être modifiés par leur enrobage avec un matériau d’enrobage encourageant les interactions répulsives, par exemple, les interactions de type p-p et/ou polaires. Selon un exemple, au moins l’un du matériau électrochimiquement actif, du matériau conducteur électronique et du matériau d'électrolyte de type céramique peut être enrobé avec un matériau d’enrobage encourageant les interactions répulsives. Par exemple, le matériau d’enrobage peut comprendre au moins un hydrocarbure aliphatique insaturé ramifié ou linéaire ayant de 10 à 50 atomes de carbone et ayant au moins une double ou une triple liaison carbone- carbone. Par exemple, un tel matériau d’enrobage peut être un mélange comprenant ledit hydrocarbure aliphatique insaturé et une composante additionnelle. La composante additionnelle peut être un alcane (par exemple, un alcane ayant de 10 à 50 atomes de carbone) ou un mélange comprenant un alcane (par exemple, tel qu’ici défini) et un solvant polaire (par exemple, le tétrahydrofurane, l'acétonitrile, le N,N-diméthylformamide, ou une combinaison miscible d’au moins deux de ceux-ci). Selon une variante d’intérêt, la composante additionnelle est le décane ou un mélange comprenant du décane et du tétrahydrofurane. Un matériau conducteur, comme un carbone, peut aussi être modifié par le greffage de groupements, par exemple, comme décrit dans la demande de brevet PCT publiée sous le numéro WO2019/218067. Selon un exemple, les performances électrochimiques du matériau d’électrode positive ne sont pas substantiellement négativement affectées par ces modifications et leurs interactions. Les phénomènes de conduction ionique et électronique peuvent même en être favorisés ainsi que la double couche électrochimique présentant une meilleure stabilité.
La présente technologie concerne également une batterie comprenant au moins une cellule électrochimique telle qu’ici définie. Par exemple, la batterie peut être une batterie primaire (pile) ou secondaire (accumulateur). Selon un exemple, la batterie est choisie parmi le groupe constitué d’une batterie au lithium, d’une batterie lithium-ion, d’une batterie au sodium, d’une batterie sodium-ion, d’une batterie au magnésium, d’une batterie magnésium-ion, d’une batterie au potassium et d’une batterie potassium-ion. Selon une variante d’intérêt, la batterie est une batterie dite tout solide.
EXEMPLES
Les exemples qui suivent sont à titre illustratif et ne doivent pas être interprétés comme limitant davantage la portée de l'invention telle qu’envisagée. Ces exemples seront mieux compris en se référant aux Figures annexées. Exemple 1 - Préparation de particules de céramique de type argyrodites de formule LiePSsCI a) Enrobage de particules de LiePSsCI avec un mélange d’heptane et d’éther dibutylique (50 : 50 en volume)
L’enrobage des particules de LiePSsCI a été effectué par un procédé de broyage des particules en voie humide.
L’enrobage des particules LiePSsCI a été effectué lors du broyage des particules en voie humide pour diminuer la taille des particules et en utilisant un microbroyeur planétaire PULVERISETTEMC 7. Le matériau d’enrobage comprenait un mélange d’heptane et d’éther dibutylique (50 : 50 en volume). 4 g de particules de LiePSsCI ont été placés dans une jarre de broyage en oxyde de zirconium (ou zircone) de 80 mL. Un mélange comprenant 13 ml d’heptane et 13 ml d’éther dibutylique anhydre (50 : 50 en volume) ainsi que des billes de broyage de 2 mm de diamètre ont été ajoutés dans la jarre. Les particules de LiePSsCI et le mélange d’heptane et d’éther dibutylique ont été combinés par broyage à une vitesse d'environ 300 rpm pendant environ 7,5 heures pour produire des particules de LiePSsCI enrobées du mélange d’heptane et d’éther dibutylique. Les particules ainsi obtenues ont par la suite été séchées sous vide à une température d’environ 80 °C. b) Enrobage de particules de LkPSsCI avec un mélange de décane et de squalène (75 : 25 en volume) L’enrobage des particules de LÎ6PS5CI a été effectué par un procédé de broyage des particules et de mécanosynthèse en voie humide.
L’enrobage des particules de Li6PS5CI a été effectué en utilisant un microbroyeur planétaire PULVERISETTEMC 7. 4 g de particules de LÎ6PS5CI ont été placés dans une jarre de broyage en oxyde de zirconium de 80 ml. Un mélange comprenant 20 ml de décane anhydre et 7 ml de squalène (75 : 25 en volume) ainsi que des billes de broyage de 2 mm de diamètre ont été ajoutés dans la jarre. Les particules de LÎ6PS5CI et le mélange de décane et de squalène ont été combinés par broyage à une vitesse d'environ 300 rpm pendant environ 7,5 heures pour produire des particules de LÎ6PS5CI enrobées du mélange de décane et de squalène. Les particules ainsi obtenues ont par la suite été séchées sous vide à une température d’environ 80 °C. c) Enrobage de particules de LiePS5CI avec mélange de décane et de squalène (90 : 10 en volume)
L’enrobage des particules de LÎ6PS5CI a été effectué par un procédé de broyage des particules et de mécanosynthèse en voie humide.
L’enrobage des particules de LÎ6PS5CI a été effectué en utilisant un microbroyeur planétaire PULVERISETTEMC 7. 4 g de particules de LÎ6PS5CI ont été placés dans une jarre de broyage en oxyde de zirconium de 80 ml. Un mélange de décane et de squalène (90 : 10 en volume) ainsi que des billes de broyage de 2 mm de diamètre ont été ajoutés dans la jarre. Les particules de Ü6PS5CI et le mélange de décane et de squalène ont été combinés par broyage à une vitesse d'environ 300 rpm pendant environ 7,5 heures pour produire des particules de Ü6PS5CI enrobées du mélange de décane et de squalène. Les particules ainsi obtenues ont par la suite été séchées sous vide à une température d’environ 80 °C. Exemple 2 - Préparation du matériau conducteur électronique modifié a) Greffage des particules de matériau conducteur électronique avec au moins un groupement aryle de Formule VII
Le procédé suivant pour la production de matériau conducteur électronique a été appliqué à du noir de carbone. 5 g de noir de carbone ont été dispersés dans 200 ml d'une solution aqueuse d'acide sulfurique (H2SO4) 0,5 M, puis 0,01 équivalent d'aniline p-substituée par un substituant hydrophile (-SO3H qui a ensuite été lithié afin d’échanger l’hydrogène par un lithium) a été ajouté au mélange (soit 0,01 équivalent d’aniline par rapport au noir de carbone). Le mélange a ensuite été agité vigoureusement jusqu'à dissolution complète de l'amine.
Après une addition de 0,03 équivalent de nitrite de sodium (NaNÜ2) par rapport au noir de carbone (par exemple, 3 équivalents de NaNÜ2 par rapport à l'aniline), l'ion aryle diazonium correspondant a été généré in situ et a réagi avec le noir de carbone. Le mélange ainsi obtenu a été laissé à réagir pendant toute la nuit à température ambiante.
Une fois la réaction terminée, le mélange a été filtré sous vide en utilisant un montage de filtration sous vide (de type Büchner) et un filtre en nylon ayant une taille de pores de 0,22 pm. La poudre de noir de carbone modifié ainsi obtenue a ensuite été lavée de manière successive avec de l'eau désionisée jusqu'à l’atteinte d’un pH neutre, puis avec de l'acétone. Finalement, la poudre de noir de carbone modifié a ensuite été séchée sous vide à 100°C pendant au moins un jour avant son utilisation. b) Enrobage des particules de matériau conducteur électronique avec mélange de décane et de squalène (75 : 25 en volume)
L’enrobage des particules de matériau conducteur électronique est effectué par un procédé de broyage des particules et de mécanosynthèse en voie humide.
L’enrobage des particules de noir de carbone est effectué en utilisant un microbroyeur planétaire PULVERISETTEMC 7. 4 g de particules de noir de carbone sont placés dans une jarre de broyage en oxyde de zirconium de 80 ml. Un mélange de décane anhydre et de squalène (75 : 25 en volume) ainsi que des billes de broyage de 2 mm de diamètre sont ajoutés dans la jarre. Les particules de noir de carbone et le mélange de décane et de squalène sont combinés par broyage à une vitesse d'environ 300 rpm pendant environ 7,5 heures pour produire des particules de noir de carbone enrobées du mélange de décane et de squalène. Les particules ainsi obtenues sont par la suite séchées sous vide à une température d’environ 80 °C.
Exemple 3 - Préparation des films d’électrode positive
La composition des films d’électrode positive est présentée dans le Tableau 2. Tableau 2. Composition des films d’électrode positive
* NBR : caoutchouc acrylonitrile-butadiène ; SBS : styrène-butadiène-styrène ; PB : polybutadiène; PNB : polynorbornène de Formule 11(b). a) Préparation d’un film d'électrode positive (Film 1) 1 ,55 g de particules de LiNio,6Mno,2Coo,202 (NMC 622) enrobées de LiNbC>3 de source commerciale ayant un diamètre moyen d’environ 4 pm ont été mélangés avec 0,40 g de particules de LÎ6PS5CI enrobées préparées à l'Exemple 1(a) ayant un diamètre moyen d’environ 200 nm et 0,5 g de noir de carbone afin de former un mélange de poudres sèches. Les poudres sèches ont été mélangées pendant environ 10 minutes en utilisant un agitateur tourbillonnaire (de type vortex).
Une solution de polymère a été préparée séparément en dissolvant 0,05 g de caoutchouc acrylonitrile-butadiène (NBR) dans 1,187 g de p-xylène. La solution de polymère a été ajoutée au mélange de poudres sèches. Le mélange ainsi obtenu a été mélangé pendant environ 5 minutes en utilisant un mélangeur centrifuge planétaire (Thinky Mixer). Une quantité supplémentaire de solvant (p-xylène) a été ajoutée au mélange afin d’atteindre une viscosité optimale pour l’enduction, soit d'environ 10 000 cP. La suspension ainsi obtenue a été enduite sur une feuille d’aluminium par une méthode d’enduction à la racle (« doctor-blade coating » en anglais) pour obtenir un film d’électrode positive appliqué sur un collecteur de courant. Le film d’électrode positive a ensuite été séché sous vide à une température d’environ 120 °C pendant environ 5 heures. b) Préparation d’un film d'électrode positive (Film 2)
1 ,55 g de particules de NMC 622 enrobées de LiNbOs ayant un diamètre moyen d’environ 4 pm ont été mélangés avec 0,40 g de particules de Ü6PS5CI enrobées préparées à l'Exemple 1(a) ayant un diamètre moyen d’environ 200 nm et 0,5 g de noir de carbone afin de former un mélange de poudres sèches. Les poudres sèches ont été mélangées pendant environ 10 minutes en utilisant un agitateur tourbillonnaire (de type vortex).
Une solution de polymère a été préparée séparément en dissolvant 0,04 g de polybutadiène et 0,01 g de polynorbornène dans 0,94 g de THF. La solution de polymère a été ajoutée au mélange de poudres sèches. Le mélange ainsi obtenu a été mélangé pendant environ 5 minutes en utilisant un mélangeur centrifuge planétaire. Un solvant supplémentaire, le méthoxybenzène, a été ajouté au mélange afin d’atteindre une viscosité optimale pour l’enduction, soit d'environ 10 000 cP. La suspension ainsi obtenue a été enduite sur une feuille d’aluminium par une méthode d’enduction à la racle pour obtenir un film d’électrode positive appliqué sur un collecteur de courant. Le film d’électrode positive a ensuite été séché sous vide à une température d’environ 120 °C pendant environ 5 heures. c) Préparation d’un film d'électrode positive (Film 3)
1 ,55 g de particules de NMC 622 enrobées de LiNbC>3 ayant un diamètre moyen d’environ 4 pm ont été mélangés avec 0,40 g de particules de Ü6PS5CI enrobées préparées à l'Exemple 1(b) ayant un diamètre moyen d’environ 200 nm et 0,5 g de noir de carbone modifié afin de former un mélange de poudres sèches. Les poudres sèches ont été mélangées pendant environ 10 minutes en utilisant un agitateur tourbillonnaire (de type vortex).
Une solution de polymère a été préparée séparément en dissolvant 0,05 g de SBS dans 0,94 g de méthoxybenzène. La solution de polymère a été ajoutée au mélange de poudres sèches. Le mélange ainsi obtenu a été mélangé pendant environ 5 minutes en utilisant un mélangeur centrifuge planétaire. Une quantité supplémentaire de méthoxybenzène a été ajoutée au mélange afin d’atteindre une viscosité optimale pour l’enduction, soit d'environ 10 000 cP. La suspension ainsi obtenue a été enduite sur une feuille d’aluminium par une méthode d’enduction à la racle pour obtenir un film d’électrode positive appliqué sur un collecteur de courant. Le film d’électrode positive a ensuite été séché sous vide à une température d’environ 120 °C pendant environ 5 heures. d) Préparation d’un film d'électrode positive (Film 4)
1 ,55 g de particules de NMC 622 enrobées de LiNbOs ayant un diamètre moyen d’environ 4 pm ont été mélangés avec 0,40 g de particules de LÎ6PS5CI enrobées préparées à l'Exemple 1(b) ayant un diamètre moyen d’environ 200 nm et 0,5 g de noir de carbone modifié afin de former un mélange de poudres sèches. Les poudres sèches ont été mélangées pendant environ 10 minutes en utilisant un agitateur tourbillonnaire (de type vortex).
Une solution de polymère a été préparée séparément en dissolvant 0,05 g de polybutadiène dans 0,94 g de THF. La solution de polymère a été ajoutée au mélange de poudres sèches. Le mélange ainsi obtenu a été mélangé pendant environ 5 minutes en utilisant un mélangeur centrifuge planétaire. Une quantité de méthoxybenzène a été ajoutée au mélange afin d’atteindre une viscosité optimale pour l’enduction, soit d'environ 10 000 cP. La suspension ainsi obtenue a été enduite sur une feuille d’aluminium par une méthode d’enduction à la racle pour obtenir un film d’électrode positive appliqué sur un collecteur de courant. Le film d’électrode positive a ensuite été séché sous vide à une température d’environ 120 °C pendant environ 5 heures. e) Préparation d’un film d'électrode positive (Film 5)
1 ,55 g de particules de NMC 622 enrobées de LiNbC>3 ayant un diamètre moyen d’environ 4 pm ont été mélangés avec 0,40 g de particules de Ü6PS5CI enrobées préparées à l'Exemple 1(b) ayant un diamètre moyen d’environ 200 nm et 0,5 g de noir de carbone modifié afin de former un mélange de poudres sèches. Les poudres sèches ont été mélangées pendant environ 10 minutes en utilisant un agitateur tourbillonnaire (de type vortex).
Une solution de polymère a été préparée séparément en dissolvant 0,04 g de polybutadiène et 0,01 g de polynorbornène dans 0,94 g de THF. La solution de polymère a été ajoutée au mélange de poudres sèches. Le mélange ainsi obtenu a été mélangé pendant environ 5 minutes en utilisant un mélangeur centrifuge planétaire. Une quantité de solvant supplémentaire, le méthoxybenzène, a été ajoutée au mélange afin d’atteindre une viscosité optimale pour l’enduction, soit d'environ 10 000 cP. La suspension ainsi obtenue a été enduite sur une feuille d’aluminium par une méthode d’enduction à la racle pour obtenir un film d’électrode positive appliqué sur un collecteur de courant. Le film d’électrode positive a ensuite été séché sous vide à une température d’environ 120 °C pendant environ 5 heures. f) Préparation d’un film d'électrode positive (Film 6)
1 ,55 g de particules de NMC 622 enrobées de LiNbOs ayant un diamètre moyen d’environ 4 pm ont été mélangés avec 0,40 g de particules de LÎ6PS5CI enrobées préparées à l'Exemple 1(c) ayant un diamètre moyen d’environ 200 nm et 0,5 g de noir de carbone modifié afin de former un mélange de poudres sèches. Les poudres sèches ont été mélangées pendant environ 10 minutes en utilisant un agitateur tourbillonnaire (de type vortex).
Une solution de polymère a été préparée séparément en dissolvant 0,05 g de SBS dans 0,94 g de méthoxybenzène. La solution de polymère a été ajoutée au mélange de poudres sèches. Le mélange ainsi obtenu a été mélangé pendant environ 5 minutes en utilisant un mélangeur centrifuge planétaire. Une quantité supplémentaire de méthoxybenzène a été ajoutée au mélange afin d’atteindre une viscosité optimale pour l’enduction, soit d'environ 10 000 cP. La suspension ainsi obtenue a été enduite sur une feuille d’aluminium par une méthode d’enduction à la racle pour obtenir un film d’électrode positive appliqué sur un collecteur de courant. Le film d’électrode positive a ensuite été séché sous vide à une température d’environ 120 °C pendant environ 5 heures. g) Préparation d’un film d'électrode positive (Film 7)
1 ,55 g de particules de NMC 622 enrobées de LiNb03 ayant un diamètre moyen d’environ 4 pm ont été mélangés avec 0,40 g de particules de Ü6PS5CI enrobées préparées à l'Exemple 1(c) ayant un diamètre moyen d’environ 200 nm et 0,5 g de noir de carbone modifié afin de former un mélange de poudres sèches. Les poudres sèches ont été mélangées pendant environ 10 minutes en utilisant un agitateur tourbillonnaire (de type vortex). Une solution de polymère a été préparée séparément en dissolvant 0,04 g de polybutadiène et 0,01 g de polynorbornène dans 0,94 g THF. La solution de polymère a été ajoutée au mélange de poudres sèches. Le mélange ainsi obtenu a été mélangé pendant environ 5 minutes en utilisant un mélangeur centrifuge planétaire. Une quantité de solvant supplémentaire, le méthoxybenzène, a été ajoutée au mélange afin d’atteindre une viscosité optimale pour l’enduction, soit d'environ 10 000 cP. La suspension ainsi obtenue a été enduite sur une feuille d’aluminium par une méthode d’enduction à la racle pour obtenir un film d’électrode positive appliqué sur un collecteur de courant. Le film d’électrode positive a ensuite été séché sous vide à une température d’environ 120 °C pendant environ 5 heures. h) Préparation d’un film d'électrode positive (Film 8)
1 ,55 g de particules de NMC 622 enrobées de LiNbOs ayant un diamètre moyen d’environ 4 pm ont été mélangés avec 0,40 g de particules de LÎ6PS5CI enrobées préparées à l'Exemple 1(c) ayant un diamètre moyen d’environ 200 nm et 0,5 g de noir de carbone modifié afin de former un mélange de poudres sèches. Les poudres sèches ont été mélangées pendant environ 10 minutes en utilisant un agitateur tourbillonnaire (de type vortex).
Une solution de polymère a été préparée séparément en dissolvant 0,035 g de polybutadiène et 0,015 g de polynorbornène dans 0,94 g THF. La solution de polymère a été ajoutée au mélange de poudres sèches. Le mélange ainsi obtenu a été mélangé pendant environ 5 minutes en utilisant un mélangeur centrifuge planétaire. Une quantité de solvant supplémentaire, le méthoxybenzène, a été ajoutée au mélange afin d’atteindre une viscosité optimale pour l’enduction, soit d'environ 10 000 cP. La suspension ainsi obtenue a été enduite sur une feuille d’aluminium par une méthode d’enduction à la racle pour obtenir un film d’électrode positive appliqué sur un collecteur de courant. Le film d’électrode positive a ensuite été séché sous vide à une température d’environ 120 °C pendant environ 5 heures. i) Préparation d’un film d'électrode positive (Film 9)
1 ,55 g de particules de NMC 622 enrobées de LiNbC>3 ayant un diamètre moyen d’environ 4 pm ont été mélangés avec 0,40 g de particules de Ü6PS5CI enrobées préparées à l'Exemple 1(c) ayant un diamètre moyen d’environ 200 nm et 0,5 g de noir de carbone modifié afin de former un mélange de poudres sèches. Les poudres sèches ont été mélangées pendant environ 10 minutes en utilisant un agitateur tourbillonnaire (de type vortex).
Une solution de polymère a été préparée séparément en dissolvant 0,030 g de polybutadiène et 0,020 g de polynorbornène dans 0,94 g THF. La solution de polymère a été ajoutée au mélange de poudres sèches. Le mélange ainsi obtenu a été mélangé pendant environ 5 minutes en utilisant un mélangeur centrifuge planétaire. Une quantité de solvant supplémentaire, le méthoxybenzène, a été ajoutée au mélange afin d’atteindre une viscosité optimale pour l’enduction, soit d'environ 10 000 cP. La suspension ainsi obtenue a été enduite sur une feuille d’aluminium par une méthode d’enduction à la racle pour obtenir un film d’électrode positive appliqué sur un collecteur de courant. Le film d’électrode positive a ensuite été séché sous vide à une température d’environ 120 °C pendant environ 5 heures. j) Préparation d’un film d'électrode positive (Film 10)
1 ,55 g de particules de NMC 622 enrobées de LiNbOs ayant un diamètre moyen d’environ 4 pm ont été mélangés avec 0,40 g de particules de Li6PS5CI enrobées préparées à l'Exemple 1(c) ayant un diamètre moyen d’environ 200 nm et 0,5 g de noir de carbone modifié afin de former un mélange de poudres sèches. Les poudres sèches ont été mélangées pendant environ 10 minutes en utilisant un agitateur tourbillonnaire (de type vortex).
Une solution de polymère a été préparée séparément en dissolvant 0,025 g de polybutadiène et 0,025 g de polynorbornène dans 0,94 g THF. La solution de polymère a été ajoutée au mélange de poudres sèches. Le mélange ainsi obtenu a été mélangé pendant environ 5 minutes en utilisant un mélangeur centrifuge planétaire. Une quantité de solvant supplémentaire, le méthoxybenzène, a été ajoutée au mélange afin d’atteindre une viscosité optimale pour l’enduction, soit d'environ 10 000 cP. La suspension ainsi obtenue a été enduite sur une feuille d’aluminium par une méthode d’enduction à la racle pour obtenir un film d’électrode positive appliqué sur un collecteur de courant. Le film d’électrode positive a ensuite été séché sous vide à une température d’environ 120 °C pendant environ 5 heures. Exemple 4 - Caractérisation des films d’électrode positive préparés aux Exemples 3(a) à 30)
Des études morphologiques de différents films d'électrode positive ont été réalisées à l'aide d'un microscope électronique à balayage (MEB) muni d’un détecteur équipé d'un spectromètre de rayon X à dispersion d'énergie (EDS).
La Figure 1 montre en (A) une image par MEB du film d’électrode positive préparé à l’Exemple 3(a) (Film 1 ), et en (B) l’image correspondante de cartographie par EDS permettant l’analyse de la distribution des éléments Ni et S. Les barres d'échelle représentent respectivement 300 pm et 100 pm.
Il est possible d’observer à la Figure 1(A), la présence de vagues à la surface du Film 1 , et ce, après l’étape de séchage du film d’électrode positive. La Figure 1 (B) confirme la présence de nickel (en vert) présent dans le matériau électrochimiquement actif de l’électrode positive (LiNbC>3 - NMC 622) et de soufre (en rouge) présent dans l’électrolyte solide (LÎ6PS5CI enrobé). La Figure 1 met également en évidence la présence d'agglomérats de sulfide à la surface du Film 1. Ceci indique que l’utilisation d’une solution de NBR dissout dans du p-xylène dans la suspension ne permet pas de disperser les particules d’électrolyte solide.
La Figure 2 montre en (A) une image par MEB du film d’électrode positive préparé à l’Exemple 3(b) (Film 2), et en (B) l’image correspondante de cartographie par EDS permettant l’analyse de la distribution des éléments Ni et S. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
Il est possible d’observer à la Figure 2(A) l’absence de vagues à la surface du Film 2, et ce, après l’étape de séchage du film d’électrode positive. La Figure 2(B) confirme la présence de nickel (en vert) et de soufre (en rouge). La Figure 2 met également en évidence l’absence d'agglomérats de sulfide à la surface du Film 2. Ceci indique que l’utilisation d’une solution comprenant un mélange de polybutadiène et de polynorbornène (avec groupements -COOH) (80 : 20 en poids) dissout dans du THF dans la suspension permet de disperser adéquatement les particules d’électrolyte solide.
La Figure 3 montre en (A) une image par MEB du film d’électrode positive préparé à l’Exemple 3(c) (Film 3), et en (B) l’image correspondante de cartographie par EDS permettant l’analyse de la distribution des éléments Ni et S. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
Il est possible d’observer à la Figure 3(A) la présence de quelques vagues à la surface du Film 3, et ce, après l’étape de séchage du film d’électrode positive. La Figure 3(B) confirme la présence de nickel (en vert) et de soufre (en rouge). La Figure 3 met également en évidence la présence d'agglomérats de sulfide à la surface du Film 3. Ceci indique que l'utilisation d’une solution de SBS dissout dans du méthoxybenzène dans la suspension ne permet pas de disperser adéquatement les particules d’électrolyte solide.
La Figure 4 montre en (A) une image par MEB du film d’électrode positive préparé à l’Exemple 3(d) (Film 4), et en (B) l’image correspondante de cartographie par EDS permettant l’analyse de la distribution des éléments Ni et S. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
Il est possible d’observer à la Figure 4(A) la présence de quelques vagues à la surface du Film 4, et ce, après l’étape de séchage du film d’électrode positive. La Figure 4(B) confirme la présence de nickel (en vert) et de soufre (en rouge). La Figure 4 met également en évidence la présence d'agglomérats de sulfide à la surface du Film 4. Ceci indique que l’utilisation d’une solution de polybutadiène dissout dans du THF dans la suspension ne permet pas de bien disperser les particules d’électrolyte solide dans le matériau d’électrode.
La Figure 5 montre en (A) une image par MEB du film d’électrode positive préparé à l’Exemple 3(e) (Film 5), et en (B) l’image correspondante de cartographie par EDS permettant l’analyse de la distribution des éléments Ni et S. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
Il est possible d’observer à la Figure 5(A) l’absence de vagues à la surface du Film 5, et ce, après l’étape de séchage du film d’électrode positive. La Figure 5(B) confirme la présence de nickel (en vert) et de soufre (en rouge). La Figure 5 met également en évidence l’absence d'agglomérats de sulfide à la surface du Film 5. Ceci indique que l’utilisation d’une solution comprenant un mélange de polybutadiène et de polynorbornène (avec groupements -COOH) (80 : 20 en poids) dissout dans du THF dans la suspension permet de disperser adéquatement les particules d’électrolyte solide. Sans vouloir être lié par la théorie, ceci pourrait être lié à un effet de l'utilisation du polynorbornène modifié avec des groupements -COOH. La dispersion semble être substantiellement favorisée par ce type de groupement et par le pont carbone lié à la structure même du polynorbornène. L’enrobage des particules de sulfide par des molécules ayant des liaisons doubles ou des liaisons triples semble améliorer substantiellement la dispersion via les interactions tt-p et/ou répulsions polaires.
Les Figures 6 à 8 montrent en (A) des images par MEB des films d’électrode positive préparés respectivement aux Exemples 3(g) à 3(i) (Films 7 à 9), et en (B) une image MEB vue de dessus de ces mêmes films. Les barres d'échelle représentent 100 pm.
Les Figures 6 à 8 montrent une bonne dispersion des composantes dans ces films d’électrode positive. Ceci indique que l’utilisation d’une solution comprenant un mélange de polybutadiène et de polynorbornène (avec groupements -COOH) dissout dans du THF permet de disperser adéquatement les particules de Li6PS5CI enrobées et le matériau conducteur électronique de par des interactions tt-p et répulsions polaires.
Exemple 5 - Propriétés électrochimiques Les propriétés électrochimiques des films d’électrode positive préparés aux Exemples 3(a) à 3(j) ont été étudiées. a) Configurations des cellules électrochimiques
Les cellules électrochimiques ont été assemblées selon la procédure suivante.
Des pastilles de 10 mm de diamètre ont été prélevées dans les films d’électrode positive préparés aux Exemples 3(a) à 3(j). Des électrolytes solides inorganiques de type céramique à base de sulfides Li6PS5CI ont été préparés en plaçant 80 mg de céramique sur la surface des films d’électrode positive. Les pastilles de film d’électrode positive incluant la couche d’électrolyte solide inorganique ont ensuite été compressées sous une pression de 2,8 tonnes à l'aide d'une presse. Elles ont ensuite été assemblées, en boite à gant, dans des boîtiers de pile bouton de type CR2032 face à des électrodes de lithium métallique de 10 mm de diamètre sur des collecteurs de courant en cuivre. Les cellules électrochimiques ont été assemblées selon les configurations présentées dans le Tableau 3. Tableau 3. Configurations des cellules électrochimiques b) Comportement des films d’électrode positive
Cet exemple illustre le comportement électrochimique des cellules électrochimiques assemblées à l'Exemple 5(a). Les cellules électrochimiques assemblées à l'Exemple 5(a) ont été cyclées entre 4,3 V et 2,5 V vs Li/Li+. Les Cellules 1 à 5 ont été cyclées à une température de 50 °C et les Cellules 6 à 10 ont été cyclées à une température de 30 °C. Le cycle de formation a été effectué à un courant de charge et de décharge constant de C/15. Puis quatre cycles ont été effectués à un courant de charge et de décharge constant de C/10 suivis de quatre cycles à un courant de charge et de décharge constant de C/5. Finalement, les expériences de long cyclage ont été effectuées à un courant de charge et de décharge constant de C/3.
La Figure 9 montre un graphique de la capacité de décharge (mAh/g) et de l’efficacité coulombique (%) en fonction du nombre de cycles pour les Cellules 1 (■) et 2 (A). Il est possible d’observer qu’il n’y a aucune différence substantielle de rétention de capacité pour les Cellules 1 et 2. En effet, les courbes sont substantiellement superposées pour le cyclage à 50 °C des Cellules 1 et 2.
La Figure 10 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge (V) en fonction du nombre de cycles pour les Cellules 1 (■) et 2 (A). Il est possible d’observer que la Cellule 2 comprenant un mélange de polybutadiène et de polynorbornène (avec groupements -COOH) (80 : 20 en poids) en tant que liant permet d'obtenir une polarisation plus faible lors des expériences de long cyclage à une température de 50 °C et un courant de charge et de décharge constant de C/3. Il est également possible d’observer une meilleure stabilité en décharge avec le mélange de polybutadiène et de polynorbornène (avec groupements -COOH) (80 : 20 en poids). Ainsi, ce mélange de polymères assure une meilleure dispersion des composantes de l’électrode et donc une meilleure percolation ionique et électronique desdites composantes sans affecter substantiellement les transferts de charge.
La Figure 11 montre un graphique de la capacité de décharge et de l’efficacité coulombique en fonction du nombre de cycles pour les Cellules 3 (■), 4 (·) et 5 (A). Il est possible d’observer que la rétention de capacité à une température de 50 °C et à C/3 est améliorée lorsque le polybutadiène est utilisé en combinaison avec du styrène ou du polynorbornène en tant que liant. En effet, les Cellules 3 et 5 comprenant respectivement un copolymère de styrène et de butadiène (styrène-butadiène-styrène (SBS)) et un mélange de polybutadiène et de polynorbornène présentent une amélioration de la rétention de capacité par rapport à la Cellule 4 comprenant du polybutadiène.
La Figure 12 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge en fonction du nombre de cycles (lié à la Figure 11 ) pour les Cellules 3 (■), 4 (·) et 5 (A). Il est possible d’observer que les Cellules 3 et 5 permettent d'obtenir une polarisation améliorée lors des expériences de long cyclage par rapport à la Cellule 4. Ceci peut être attribué à l’effet cohésif apporté par le styrène ou le polynorbornène, et donc, confirme l’effet positif et dispersif lié à l’utilisation du polynorbornène. Sa complémentarité avec un polymère plus élastique permet donc d’assurer une cohésion en cyclage tout en permettant une respirabilité du système.
La Figure 13 montre un graphique de la capacité de décharge et de l’efficacité coulombique en fonction du nombre de cycles, et en (B) un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge en fonction du nombre de cycles pour les Cellules 6 (■), 7 (A), 8 (·), 9 (▼) et 10 (★).
La Figure 14 montre un graphique du potentiel moyen en charge et en décharge en fonction du nombre de cycles lié à la Figure 13 pour les Cellules 6 (■), 7 (A), 8 (·), 9 (T) et 10 (★).
La rétention de capacité en cyclage à C/3 et 30 °C est peu impactée par le changement de formulation dans la mesure où il y a un polymère qui peut apporter un effet cohésif (styrène ou polynorbornène). Une plus faible polarisation peut être observée pour le film d’électrode positive comprenant un mélange de polybutadiène et de polynorbornène (60 : 40 en poids) (Film 9) en tant que liant, et ce, surtout en charge. Ceci peut être attribué à G effet dispersif du polynorbornène par les groupements -COOH et par le pont carbone qu’il possède, couplé aux interactions répulsives et tt-p des carbones modifiés par des groupements polaires et l’enrobage des particules de sulfide par des espèces organiques possédant des doubles ou des triples liaisons. Le caractère cohésif apporté par l’augmentation du taux de polynorbornène vs polybutadiène permet d’assurer une stabilité en cyclage tout en maintenant les particules et le contact entre ces particules, alors que le polybutadiène permet d’absorber les variations de volume du matériau actif en cyclage.
Plusieurs modifications pourraient être effectuées à l’un ou l’autre des modes de réalisations décrits ci-dessus sans sortir du cadre de la présente invention telle qu’envisagée. Les références, brevets ou documents de littérature scientifique référés dans la présente demande sont incorporés ici par référence dans leur intégralité et à toutes fins.

Claims

REVENDICATIONS
1. Une composition de liant comprenant un mélange comprenant un polymère basé sur le polybutadiène et un polymère basé sur le polynorbornène comprenant des unités monomères à base de norbornène dérivées de la polymérisation d'un composé de Formule I :
Formule I dans laquelle,
R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d’hydrogène, un groupement carboxyle (-COOH), un groupement acide sulfonique
(-SO3H), un groupement hydroxyle (-OH), un atome de fluor et un atome de chlore.
2. Composition de liant selon la revendication 1 , dans laquelle le polymère basé sur le polynorbornène est un polymère de Formule II : dans laquelle,
R1 et R2 sont tels que définis à la revendication 1 , et n est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen en masse du polymère de Formule II soit compris entre environ 10000 g/mol et environ 100 000 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
3. Composition de liant selon la revendication 2, dans laquelle le poids moléculaire moyen en masse du polymère de Formule II est compris entre environ 12000 g/mol et environ 85000 g/mol, ou entre environ 15 000 g/mol et environ 75000 g/mol, ou entre environ 20 000 g/mol et environ 65 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 55 000 g/mol, ou entre environ 25 000 g/mol et environ 50 000 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
4. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle R1 et R2 sont indépendamment et à chaque occurrence choisis parmi un atome d’hydrogène et un groupement -COOH.
5. Composition de liant selon la revendication 4, dans laquelle R1 est un groupement - COOH et R2 est un atome d’hydrogène.
6. Composition de liant selon la revendication 4, dans laquelle R1 et R2 sont tous les deux des groupements -COOH.
7. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le polymère basé sur le polybutadiène est du polybutadiène.
8. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le polymère basé sur le polybutadiène est choisi parmi les polybutadiènes époxydés.
9. Composition de liant selon la revendication 8, dans laquelle le polybutadiène époxydé comprend des unités répétitives de Formules III, IV et V : et deux groupes terminaux hydroxyles.
10. Composition de liant selon la revendication 9, dans laquelle le polybutadiène époxydé est de Formule VI :
dans laquelle, m est un nombre entier naturel choisi de sorte que le poids moléculaire moyen en masse du polybutadiène époxydé de Formule VI soit compris entre environ 1 000 g/mol et environ 1 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses; et le poids équivalent d'époxyde est compris entre environ 100 g/mol et environ 600 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
11. Composition de liant selon la revendication 10, dans laquelle le poids moléculaire moyen en masse du polybutadiène époxydé de Formule VI est d’environ 1 300 g/mol.
12. Composition de liant selon la revendication 10 ou 11, dans laquelle le poids équivalent d'époxyde est compris entre environ 210 g/mol et environ 550 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
13. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans laquelle le polybutadiène époxydé de Formule VI est une résine Poly bdMC 600E ayant un poids moléculaire moyen en masse d’environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 400 g/mol et environ 500 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
14. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans laquelle le polybutadiène époxydé de Formule VI est une résine Poly bdMC 605E ayant un poids moléculaire moyen en masse d’environ 1 300 g/mol et un poids équivalent d'époxyde compris entre environ 260 g/mol et environ 330 g/mol, bornes supérieures et inférieures incluses.
15. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans laquelle le rapport pondéral polymère basé sur le polybutadiène : polymère basé sur le polynorbornène est compris dans l’intervalle allant d’environ 6:1 à environ 2:3, bornes supérieures et inférieures incluses.
16. Composition de liant selon la revendication 15, dans laquelle le rapport pondéral est compris dans l’intervalle allant d’environ 5,5:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 5:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 4,5:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 4:1 à environ 2:3, ou allant d’environ 6:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 5,5:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 5:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 4,5:1 à environ 1 :1 , ou allant d’environ 4:1 à environ 1 :1 , bornes supérieures et inférieures incluses.
17. Composition de liant selon la revendication 16, dans laquelle le rapport pondéral est compris dans l’intervalle allant d’environ 4:1 à environ 1 :1 , bornes supérieures et inférieures incluses.
18. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, comprenant en outre au moins un solvant.
19. Composition de liant selon la revendication 18, dans laquelle le solvant est un solvant aprotique.
20. Composition de liant selon la revendication 19, dans laquelle le solvant aprotique est choisi parmi le groupe constitué du dichlorométhane (DCM), N,N- diméthylformamide (DMF), du carbonate de diéthyle (DEC), du N,N- diméthylacétamide (DMAC), du N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), du dioxolane, du dioxane, du toluène, du benzène, du méthoxybenzène, des dérivés de benzène, du tétrahydrofurane (THF), et d’une combinaison miscible d’au moins deux de ceux-ci.
21. Composition de liant selon la revendication 19 ou 20, dans laquelle le solvant polaire aprotique est le THF, un mélange comprenant du THF et du méthoxybenzène, un mélange comprenant du toluène et du THF, un mélange comprenant du toluène et du DEC, un mélange comprenant du toluène et de DMAC, un mélange comprenant du p-xylène et du THF, un mélange comprenant du m-xylène et du THF, un mélange comprenant du o-xylène et du THF, un mélange comprenant du p-xylène et du DEC, un mélange comprenant du m-xylène et du DEC, un mélange comprenant du o- xylène et du DEC, ou un mélange comprenant du toluène et du méthoxybenzène.
22. Composition de liant selon l'une quelconque des revendications 19 à 21 , dans laquelle le solvant polaire aprotique est le THF, ou un mélange comprenant du THF et du méthoxybenzène.
23. Un liant comprenant une composition de liant telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 22.
24. Liant selon la revendication 23, lequel est utilisé dans un matériau d’électrode.
25. Un matériau d’électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif et une composition de liant telle que définie aux revendications 1 à 22 ou un liant tel que défini à la revendication 23.
26. Matériau d’électrode selon la revendication 25, dans lequel le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un oxyde de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un phosphate de métal, un fluorophosphate de métal, un oxyfluorophosphate de métal, un sulfate de métal, un halogénure de métal, un fluorure de métal, du soufre, du sélénium et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
27. Matériau d’électrode selon la revendication 26, dans lequel le métal du matériau électrochimiquement actif est choisi parmi le titane (Ti), le fer (Fe), le manganèse (Mn), le vanadium (V), le nickel (Ni), le cobalt (Co), l’aluminium (Al), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le zirconium (Zr), le niobium (Nb) et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
28. Matériau d’électrode selon la revendication 26, dans le matériau électrochimiquement actif comprend en outre un métal alcalin ou alcalino-terreux choisi parmi le lithium (Li), le sodium (Na), le potassium (K) et le magnésium (Mg).
29. Matériau d’électrode selon l’une quelconque des revendications 26 à 28, dans lequel le matériau électrochimiquement actif est un oxyde de métal et de lithium.
30. Matériau d’électrode selon la revendication 29, dans lequel l’oxyde de métal et de lithium est un oxyde mixte de lithium, de nickel, de manganèse et de cobalt (NCM).
31. Matériau d’électrode selon l’une quelconque des revendications 26 à 28, dans lequel le matériau électrochimiquement actif est un phosphate de métal lithié.
32. Matériau d’électrode selon la revendication 31, dans lequel le phosphate de métal lithié est le phosphate de fer lithié.
33. Matériau d’électrode selon la revendication 25, dans lequel le matériau électrochimiquement actif est choisi parmi un métal non-alcalin ou non-alcalino- terreux, un composé intermétallique, un oxyde de métal, un nitrure de métal, un phosphure de métal, un phosphate de métal, un halogénure de métal, un fluorure de métal, un sulfure de métal, un oxysulfure de métal, un carbone, du silicium (Si), un composite silicium-carbone (Si-C), un oxyde de silicium (SiOx), un composite oxyde de silicium-carbone (SiOx-C), de l’étain (Sn), un composite étain-carbone (Sn- C), un oxyde d’étain (SnOx), un composite oxyde d’étain-carbone (SnOx-C), et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
34. Matériau d’électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, dans lequel le matériau électrochimiquement actif comprend en outre un élément dopant.
35. Matériau d’électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 34, dans lequel le matériau électrochimiquement actif est sous forme de particules.
36. Matériau d’électrode selon la revendication 35, dans lequel les particules de matériau électrochimiquement actif comprennent en outre un matériau d’enrobage.
37. Matériau d’électrode selon la revendication 36, dans lequel le matériau d’enrobage est choisi parmi LhSiOs, LUTisO^, LiTaOs, UAIO2, LhO-ZrOa, LiNbOs, d’autres matériaux similaires et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
38. Matériau d’électrode selon la revendication 37, dans lequel le matériau d’enrobage est le LiNb03.
39. Matériau d’électrode selon la revendication 36, dans lequel le matériau d’enrobage est un matériau conducteur électronique.
40. Matériau d’électrode selon la revendication 39, dans lequel le matériau conducteur électronique est du carbone.
41. Matériau d’électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 40, lequel comprend en outre un matériau conducteur électronique.
42. Matériau d'électrode selon la revendication 41, dans lequel le matériau conducteur électronique est choisi parmi le groupe constitué du noir de carbone, du noir d’acétylène, du graphite, du graphène, des fibres de carbone, des nanofibres de carbone, des nanotubes de carbones, et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
43. Matériau d'électrode selon la revendication 41 ou 42, dans lequel le matériau conducteur électronique est du noir de carbone.
44. Matériau d’électrode selon l’une quelconque des revendications 41 à 43, dans lequel la surface dudit matériau conducteur électronique est greffée avec au moins un groupement aryle de Formule VII :
Formule VII dans laquelle,
FG est un groupement fonctionnel hydrophile; et n est un nombre entier naturel compris dans l’intervalle allant de 1 à 5, de préférence n est compris dans l’intervalle allant de 1 à 3, de préférence n est 1 ou 2, ou plus préférentiellement n est 1.
45. Matériau d'électrode selon la revendication 44, dans lequel le groupe fonctionnel hydrophile est un groupement fonctionnel acide carboxylique ou acide sulfonique.
46. Matériau d'électrode selon la revendication 45, dans lequel le groupement aryle de Formule VII est l'acide p-benzoïque ou l'acide p-benzènesulfonique.
47. Matériau d’électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 46, lequel comprend en outre un additif.
48. Matériau d'électrode selon la revendication 47, dans lequel l’additif est choisi parmi les matériaux conducteurs ioniques, les particules inorganiques, les particules de verre ou de vitrocéramique, les particules de céramique, les nano céramiques, les sels et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
49. Matériau d'électrode selon la revendication 47 ou 48, dans lequel l’additif comprend des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d’oxysulfure ou d’oxyde.
50. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 47 à 49, dans lequel l’additif est choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON, argyrodites, grenats, NASICON, pérovskites, les oxydes, les sulfures, les oxysulfures, les phosphures, les fluorures, de forme cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
51. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 47 à 50, dans lequel l’additif est choisi parmi les composés inorganiques de formules :
MLZO (par exemple, M7La3Zr20i2, M(7-a)La3Zr2AlbOi2, M(7-a)La3Zr2GabOi2,
M(7-a>La3Zr(2-b)TabOi2, et M(7-a>La3Zr(2-b)NbbOi2);
MLTaO (par exemple, M7La3Ïa20i2, M5La3Ta20i2, et M6La3Ta1.5Y0.5O12);
MLSnO (par exemple, M7La3Sn20i2);
MAGP (par exemple, Mi+aAlaGe2-a(P04)3);
MATP (par exemple, Mi+aAlaTÎ2-a(P04)3,);
- MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3-a)Ti03);
MZP (par exemple, MaZrb(P04)c);
MCZP (par exemple, MaCabZrc(P04)d);
MGPS (par exemple, MaGebPcSd tel que MioGeP2Si2);
MGPSO (par exemple, MaGebPcSdOe);
MSiPS (par exemple, MaSibPcSd tel que M10S1P2S12);
MSiPSO (par exemple, MaSibPcSdOe);
MSnPS (par exemple, MaSnbPcSd tel que MioSnP2Si2);
MSnPSO (par exemple, MaSnbPcSdOe);
MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3S11);
MPSO (par exemple, MaPbScOd);
MZPS (par exemple, MaZnbPcSd); MZPSO (par exemple, MaZnbPcSdOe);
- xM2S-yP2S5;
- xM2S-yP2S5-zMX; xM2S-yP2S5-zP205;
- xM2S-yP2S5-zP205-wMX;
- xM2S-yM20-zP2S5;
- xM2S-yM20-zP2S5-wMX;
- xM2S-yM20-zP2S5-wP205;
- xM2S-yM20-zP2S5-wP205-vMX;
- xM2S-ySiS2;
MPSX (par exemple, MaPbScXd tel que M7P3S11X, M7P2S8X, et M6PS5X); MPSOX (par exemple, MaPbScOdXe);
MGPSX (par exemple, MaGebPcSdXe);
MGPSOX (par exemple, MaGebPcSdOeXf);
MSiPSX (par exemple, MaSibPcSdXe);
MSiPSOX (par exemple, MaSibPcSdOeXf);
MSnPSX (par exemple, MaSnbPcSdXe);
MSnPSOX (par exemple, MaSnbPcSdOeXf);
MZPSX (par exemple, MaZnbPcSdXe);
MZPSOX (par exemple, MaZnbPcSdOeXf);
- M3OX;
- M2HOX;
- M3PO4;
M3PS4; et
MaPObNc (où a = 2b + 3c - 5); dans lesquelles :
M est un ion de métal alcalin, un ion de métal alcalino-terreux ou une combinaison de ceux-ci, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci; a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
52. Matériau d'électrode selon la revendication 51, dans lequel M est choisi parmi Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
53. Matériau d'électrode selon la revendication 52, dans lequel M est Li.
54. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 47 à 53, dans lequel l’additif est choisi parmi les composés inorganiques de type argyrodites de formule LiePSsX, dans laquelle X est Cl, Br, I ou une combinaison d’au moins deux de ceux- ci.
55. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 47 à 54, dans lequel l’additif est le Li6PS5CI.
56. Une électrode comprenant le matériau d'électrode tel que défini à l'une quelconque des revendications 25 à 55 sur un collecteur de courant.
57. Une électrode autosupportée comprenant le matériau d'électrode tel que défini à l'une quelconque des revendications 25 à 55.
58. Une cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle au moins l’une de l'électrode positive ou de l’électrode négative est telle que définie à la revendication 56 ou 57 ou comprend un matériau d’électrode tel que défini à l’une quelconque des revendications 25 à 55.
59. Cellule électrochimique selon la revendication 58, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant.
60. Cellule électrochimique selon la revendication 58, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte en gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant.
61. Cellule électrochimique selon la revendication 58, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant.
62. Cellule électrochimique selon la revendication 58, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte solide hybride polymère-céramique.
63. Cellule électrochimique selon la revendication 58, dans laquelle l'électrolyte comprend un matériau d’électrolyte solide inorganique.
64. Cellule électrochimique selon la revendication 63, dans laquelle le matériau d’électrolyte solide inorganique comprend des particules de céramique, de verre ou de vitrocéramique à base de fluorure, de phosphure, de sulfure, d’oxysulfure ou d’oxyde.
65. Cellule électrochimique selon la revendication 63 ou 64, dans laquelle le matériau d’électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés de type LISICON, thio-LISICON, argyrodites, grenats, NASICON, pérovskites, les oxydes, les sulfures, les oxysulfures, les phosphures, les fluorures, de forme cristalline et/ou amorphe, et une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
66. Cellule électrochimique selon l’une quelconque des revendications 63 à 65, dans laquelle le matériau d’électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés inorganiques de formules :
MLZO (par exemple, M7La3Zr20i2, M(7-a)La3Zr2AlbOi2, M(7-a)La3Zr2GabOi2,
M(7-a)La3Zr(2-b)TabOi2, et M(7-a)La3Zr(2-b>NbbOi2);
MLTaO (par exemple, M7La3Ïa20i2, M5La3Ta20i2, et M6La3Ta1.5Y0.5O12);
MLSnO (par exemple, M7La3Sn20i2);
MAGP (par exemple, Mi+aAlaGe2-a(P04)3);
MATP (par exemple, Mi+aAlaTi2-a(P04)3,);
- MLTiO (par exemple, M3aLa(2/3-a)Ti03);
MZP (par exemple, MaZrb(P04)c);
MCZP (par exemple, MaCabZrc(P04)d);
MGPS (par exemple, MaGebPcSd tel que Mi0GeP2Si2);
MGPSO (par exemple, MaGebPcSdOe);
MSiPS (par exemple, MaSibPcSd tel que M10S1P2S12);
MSiPSO (par exemple, MaSibPcSdOe);
MSnPS (par exemple, MaSnbPcSd tel que MioSnP2Si2);
MSnPSO (par exemple, MaSnbPcSdOe); MPS (par exemple, MaPbSc tel que M7P3S11);
MPSO (par exemple, MaPbScOd);
MZPS (par exemple, MaZribPcSd);
MZPSO (par exemple, MaZnbPcSdOe);
- xM2S-yP2S5;
- xM2S-yP2S5-zMX; xM2S-yP2S5-zP205;
- xM2S-yP2S5-zP205-wMX;
- xM2S-yM20-zP2S5;
- xM2S-yM20-zP2S5-wMX;
- xM2S-yM20-zP2S5-wP205;
- xM2S-yM20-zP2S5-wP205-vMX;
- xM2S-ySiS2;
MPSX (par exemple, MaPbScXd tel que M7P3S11X, M7P2S8X, et M6PS5X); MPSOX (par exemple, MaPbScOdXe);
MGPSX (par exemple, MaGebPcSdXe);
MGPSOX (par exemple, MaGebPcSdOeXf);
MSiPSX (par exemple, MaSibPcSdXe);
MSiPSOX (par exemple, MaSibPcSdOeXf);
MSnPSX (par exemple, MaSnbPcSdXe);
MSnPSOX (par exemple, MaSnbPcSdOeXf);
MZPSX (par exemple, MaZnbPcSdXe);
MZPSOX (par exemple, MaZnbPcSdOeXf);
- M3OX;
- M2HOX;
- M3PO4;
M3PS4; et
MaPObNc (où a = 2b + 3c - 5); dans lesquelles :
M est un ion de métal alcalin, un ion de métal alcalino-terreux ou une combinaison de ceux-ci, et dans lesquelles lorsque M comprend un ion de métal alcalino-terreux, alors le nombre de M est ajusté pour atteindre l'électroneutralité;
X est choisi parmi F, Cl, Br, I ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci; a, b, c, d, e et f sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour atteindre l'électroneutralité; et v, w, x, y et z sont des nombres différents de zéro et sont, indépendamment dans chaque formule, sélectionnés pour obtenir un composé stable.
67. Cellule électrochimique selon la revendication 66, dans laquelle M est choisi parmi
Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba et une combinaison d’au moins deux de ceux- ci.
68. Cellule électrochimique selon la revendication 67, dans laquelle M est Li.
69. Cellule électrochimique selon l’une quelconque des revendications 63 à 68, dans laquelle le matériau d’électrolyte solide inorganique est choisi parmi les composés inorganiques de type argyrodites de formule Li6PS5X, dans laquelle X est Cl, Br, I ou une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
70. Cellule électrochimique selon l’une quelconque des revendications 63 à 69, dans laquelle le matériau d’électrolyte solide inorganique est le LiePSsCI.
71. Cellule électrochimique selon l’une quelconque des revendications 58 à 70, dans laquelle l’électrode négative comprend un matériau électrochimiquement actif comprenant un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, un alliage comprenant au moins un métal alcalin ou alcalino-terreux, un métal non-alcalin et non-alcalino- terreux, un alliage ou un composé intermétallique.
72. Cellule électrochimique selon la revendication 71 , dans laquelle le matériau électrochimiquement actif de l’électrode négative comprend du lithium métallique ou un alliage incluant du lithium métallique.
73. Cellule électrochimique selon la revendication 71 ou 72, dans laquelle le matériau électrochimiquement actif de l’électrode négative est sous forme de film ayant une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d’environ 5 pm à environ 500 pm, bornes supérieures et inférieures incluses.
74. Cellule électrochimique selon la revendication 73, dans laquelle l’épaisseur du film de matériau électrochimiquement actif de l’électrode négative est comprise dans l’intervalle allant d’environ 10 miti à environ 100 miti, bornes supérieures et inférieures incluses.
75. Cellule électrochimique selon l’une quelconque des revendications 58 à 70, dans laquelle l’électrode positive est pré-lithié et l’électrode négative est substantiellement exempte de lithium.
76. Cellule électrochimique selon l’une quelconque des revendications 75, dans laquelle l’électrode négative est lithiée in situ lors du cyclage de ladite cellule électrochimique.
77. Un accumulateur électrochimique comprenant au moins une cellule électrochimique telle que définie à l'une quelconque des revendications 58 à 76.
78. Accumulateur électrochimique selon la revendication 77, dans lequel ledit accumulateur électrochimique est une batterie choisie parmi une batterie au lithium, une batterie lithium-ion, une batterie au sodium, une batterie sodium-ion, une batterie au magnésium et une batterie magnésium-ion.
79. Accumulateur électrochimique selon la revendication 78, dans lequel ladite batterie est une batterie au lithium ou une batterie lithium-ion.
80. Accumulateur électrochimique selon la revendication 78, dans lequel ledit accumulateur électrochimique est une batterie dite tout solide.
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