EP4470050A1 - Procédé de fabrication d'électrode négative protégée et électrode négative ainsi produite - Google Patents

Procédé de fabrication d'électrode négative protégée et électrode négative ainsi produite

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EP4470050A1
EP4470050A1 EP23745775.9A EP23745775A EP4470050A1 EP 4470050 A1 EP4470050 A1 EP 4470050A1 EP 23745775 A EP23745775 A EP 23745775A EP 4470050 A1 EP4470050 A1 EP 4470050A1
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EP
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lithium
lithiophilic
electrode material
coating
approximately
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Nicolas DELAPORTE
Vincent MORIZUR
Gilles Lajoie
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Hydro Quebec
SCE France SAS
Original Assignee
Hydro Quebec
SCE France SAS
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Publication date
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present technology relates to the field of negative electrode materials comprising a coating layer on one of its surfaces, to the electrodes comprising them, to the methods of preparing these materials and to their uses in electrochemical cells.
  • the liquid electrolytes used in lithium-ion batteries are flammable and slowly degrade to form a passivation layer on the surface of the lithium film called the solid electrolyte interface (SEI for "solid electrolyte interface” or “solid electrolyte interphase” in English) irreversibly consuming lithium, which decreases the coulombic efficiency of the battery.
  • SEI solid electrolyte interface
  • solid electrolyte interphase solid electrolyte interphase
  • the present technology relates to a method of preparing a negative electrode material comprising an electrochemically active material and a coating layer comprising a coating material based on a lithiophilic calcined organometallic structure resting on a surface of said material.
  • electrochemically active the method comprising the following steps:
  • the lithiophilic metal is selected from Ag, Zn, Sn, Sb, Mg, Al, Ni, Cu, Co and a combination of at least two of these.
  • the organic ligand is an organic ligand comprising a nitrogen function, an organic ligand comprising a carboxylate, or a mixed organic ligand comprising a nitrogen function and/or a carboxylate.
  • the organic ligand is 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acid or 1H-benzimidazole-6-carboxylic acid.
  • the lithiophilic organometallic structure obtained in (i) is of Formula 1:
  • the lithiophilic organometallic structure obtained in (i) is of Formula 2: In another embodiment, the lithiophilic organometallic structure obtained in (i) is of Formula 3:
  • the lithiophilic organometallic structure obtained in (i) is of Formula 4:
  • the lithiophilic organometallic structure obtained in (i) is of Formula 5:
  • the lithiophilic organometallic structure obtained in (i) is of Formula 6: wherein, ni and ri2 denote the ratio of each unit and are numbers independently selected from the range of 0.1 to 0.9. In another embodiment, the lithiophilic organometallic structure obtained in (i) is of Formula 7:
  • n1 and n2 denote the ratio of each unit and are numbers independently selected from the range of 0.1 to 0.9.
  • the lithiophilic organometallic structure obtained in (i) is of Formula 8:
  • ni and n2 denote the ratio of each unit and are numbers independently chosen from the range 0.1 to 0.9.
  • the lithiophilic organometallic structure obtained in (i) is of Formula 9:
  • the calcining step is performed at a temperature of about 500°C to about 1050°C. According to one example, the calcination step is carried out at a temperature of about 550°C to about 1000°C.
  • the calcining step is performed under an inert atmosphere.
  • the inert atmosphere comprises a gas chosen from argon, oxygen, nitrogen, helium, a fluorinated gas and a mixture comprising at least two of these.
  • the inert atmosphere comprises argon.
  • the deposition step is carried out by at least one doctor blade coating method, one transfer interval coating method ("comma coating” in English), a method of coating with a reversed transfer interval (“reverse-comma coating” in English), a method of printing such as engraving (“engraving coating” in English), a method of slit coating (“ slot-die coating” in English), or a layer deposition method by spraying (“spray deposition” in English).
  • the deposition step is carried out by a spray deposition method.
  • said method further comprises a step of depositing a second coating layer.
  • the step of depositing the second coating layer is carried out by at least one doctor blade coating method, one transfer interval coating method (“comma coating” in English), a method of coating with a reverse transfer interval (“reverse-comma coating” in English), a method of printing such as engraving (“engraving coating” in English), a method of coating slot (“slot-die coating” in English), or a method of depositing a layer by spraying ("spray deposition” in English).
  • the step of deposition of the second coating layer is carried out by a layer deposition method by spraying (“spray deposition”).
  • the present technology relates to a negative electrode material obtained according to the method as defined here.
  • the present technology relates to a negative electrode material comprising an electrochemically active material and a coating layer comprising a coating material based on a lithiophilic calcined organometallic structure comprising at least one lithiophilic metal and at least one ligand at least partly calcined organic material, said coating layer resting on a surface of said electrochemically active material.
  • the electrochemically active material comprises an alkali metal, an alkaline earth metal, a non-alkaline and non-alkaline earth metal or an alloy including at least one of these.
  • the electrochemically active material comprises an alkali metal, an alkaline-earth metal, or an alloy comprising at least one alkali or alkaline-earth metal.
  • the electrochemically active material comprises metallic lithium or an alloy including or based on metallic lithium.
  • the electrochemically active material comprises nickel.
  • the lithiophilic organometallic structure before calcination is of Formula 8:
  • the copolymer is crosslinked.
  • the salt is a lithium salt.
  • the lithium salt is selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate (LiPFe), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI), 2- lithium trifluoromethyl-4,5-dicyano-imidazolate (LiTDI), lithium 4,5-dicyano-1,2,3-triazolate (LiDCTA), lithium bis(pentafluoroethylsulfonyl)imide (LiBETI), lithium tetrafluoroborate lithium (UBF4), lithium bis(oxalato) borate (LiBOB), lithium nitrate (UNO3), lithium chloride (LiCI), lithium bromide (LiBr), lithium fluoride (LiF), lithium perchlorate (l_iCIC>4), lithium hexafluoroars
  • LiPFe
  • the method further comprises a step of depositing the second coating layer.
  • the deposition step is carried out by at least one doctor blade coating method, one transfer interval coating method ("comma coating” in English), a method of coating with a reversed transfer interval (“reverse-comma coating” in English), a method of printing such as engraving (“engraving coating” in English), a method of slit coating (“ slot-die coating” in English), or a layer deposition method by spraying (“spray deposition” in English).
  • the step of deposition is carried out by a spray deposition method.
  • the method further comprises preparing the coating layer based on the lithiophilic calcined organometallic structure.
  • the preparation of the coating layer based on the lithiophilic calcined organometallic structure further comprises a step of preparing the lithiophilic calcined organometallic structure.
  • the step of preparing the lithiophilic calcined organometallic structure comprises (i) a step of bringing at least one organic ligand into contact with at least one lithiophilic metal precursor in order to obtain a lithiophilic organometallic structure, and ( ii) a step of calcining the lithiophilic organometallic structure obtained in (i) to obtain the calcined lithiophilic organometallic structure.
  • the present technology relates to a negative electrode comprising the electrode material as defined here or an electrode material obtained according to the method as defined here on a current collector.
  • the present technology relates to a self-supporting negative electrode comprising the electrode material as defined here or an electrode material obtained according to the process as defined here.
  • the present technology relates to an electrochemical cell comprising a negative electrode, a positive electrode and an electrolyte, wherein the negative electrode is as herein defined or comprises an electrode material as herein defined.
  • the positive electrode comprises an electrochemically active material selected from a metal oxide, a metal sulfide, a metal oxysulfide, a metal phosphate, a metal fluorophosphate, a metal oxyfluorophosphate, a metal, metal halide, 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 a combination of at least two of these.
  • the metal of 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 a lithium metal phosphate.
  • lithium metal phosphate is LiFePCL.
  • the electrolyte is a solid polymer electrolyte comprising a salt in a solvating polymer.
  • 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 salt is a lithium salt.
  • the lithium salt is selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate (LiPFe), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI), 2- lithium trifluoromethyl-4,5-dicyano-imidazolate (LiTDI), lithium 4,5-dicyano-1,2,3-triazolate (LiDCTA), lithium bis(pentafluoroethylsulfonyl)imide (LiBETI), lithium tetrafluoroborate lithium (UBF4), lithium bis(oxalato) borate (LiBOB), lithium nitrate (UNO3), lithium chloride (LiCI), lithium bromide (LiBr), lithium fluoride (LiF), lithium perchlorate (l_iCIC>4), lithium hexafluoroarsenate (LiAsFe), lithium trifluor
  • the present technology relates to a battery comprising at least one electrochemical cell as defined here.
  • said battery is selected from the group consisting of lithium battery, lithium-ion battery, sodium battery, sodium-ion battery, potassium , a potassium-ion battery, a magnesium battery, and a magnesium-ion battery.
  • said battery is a lithium battery.
  • said battery is a lithium-ion battery.
  • Figure 1 presents results of thermogravimetric analyzes in (A) for MOF 1 , in (B) for MOF 2, in (C) for MOF 3 (solid line) and MOF 4 (broken line), and in (D) for MOF 5, as described in Example 1(b).
  • FIG 2 shows images of MOF 1 particles obtained by scanning electron microscopy (SEM) at different magnifications, as described in Example 1 (c).
  • Figure 3 shows images of MOF 2 particles obtained by SEM at different magnifications, as described in Example 1(c).
  • Figure 4 shows images of MOF 3 particles obtained by SEM at different magnifications, as described in Example 1(c).
  • Figure 5 shows images of MOF 4 particles obtained by SEM at different magnifications, as described in Example 1(c).
  • Figure 6 shows images of MOF particles obtained by SEM at different magnifications, as described in Example 1(c).
  • Figure 7 shows in (A) an image obtained by SEM of particles of MOF 1 and in (B) to (D) mapping images obtained by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) of the elements respectively C, O and Or, as described in Example 1 (d).
  • EDS energy dispersive X-ray spectroscopy
  • Figure 8 shows in (A) an image obtained by SEM of particles of MOF 2 and in (B) to (D) mapping images obtained by EDS of the elements respectively Ni, C and O, as described in Example 1(d).
  • Figure 9 shows in (A) an image obtained by SEM of particles of MOF 3 and in (B) to (D) mapping images obtained by EDS of the elements O, C and Zn respectively, as described in Example 1(d).
  • Figure 10 shows in (A) an image obtained by SEM of MOF 4 particles and in (B) to (D) mapping images obtained by EDS of the elements C, O and Zn respectively, as described in Example 1(d).
  • Figure 11 presents results of thermogravimetric analyzes in (A) for MOF 6, in (B) for MOF 7, and in (C) for MOFs 8 to 10, as described in Example 2(b). ).
  • Figure 12 shows Raman spectra obtained for MOFs 6, 7 and 10, as described in Example 2(c).
  • Figure 13 shows Raman spectra obtained for MOFs 8 and 9, as described in Example 2(c).
  • Figure 14 shows in (A) a graph of the volume of nitrogen adsorbed per gram of sample as a function of the relative nitrogen pressure (P/Po), in (B) a graph of the distribution of pore volumes as a function of of pore width, in (C) a plot of specific surface area versus pore width, and in (D) a plot of total pore volume versus pore width obtained for MOF 6, such as described in Example 2(d).
  • P/Po relative nitrogen pressure
  • Figure 15 shows in (A) a graph of the volume of nitrogen adsorbed per gram of sample as a function of the relative nitrogen pressure (P/Po), in (B) a graph of the distribution of pore volumes as a function of of pore width, in (C) a plot of specific surface area versus pore width, and in (D) a plot of total pore volume versus pore width obtained for MOF 7, such as described in Example 2(d).
  • Figure 16 shows in (A) a graph of the volume of nitrogen adsorbed per gram of sample as a function of the relative nitrogen pressure (P/Po), in (B) a graph of the distribution of pore volumes as a function of of the width of the pores, in (C) a graph of the specific surface according to the width of the pores, and in (D) a graph of the total pore volume according to the width of the pores obtained for the MOF 8 ( ⁇ ) , MOF 9 ( ⁇ ) and MOF 10 ( ⁇ ), as described in Example 2(d).
  • P/Po relative nitrogen pressure
  • Figure 19 shows images obtained by TEM for MOF 6, as described in Example 2(e).
  • Figure 21 shows images obtained by TEM for MOF 6, as described in Example 2(e).
  • Figure 23 shows in (A) to (C) images obtained by TEM of MOF 7, in (D) an EDS mapping image of Ni, and in (E) and (F) graphs presenting the results of the EDS analysis obtained for the area delimited in (D), as described in Example 2(e).
  • Figure 24 shows images obtained by TEM for MOF 7, as described in Example 2(e).
  • Figure 25 shows images obtained by TEM for MOF 7, as described in Example 2(e).
  • Figure 26 shows in (A) and (B) images obtained by TEM for MOF 10, and in (C) the results of the corresponding EDS analysis, as described in Example 2(e).
  • Figure 27 shows in (A) and (B) images obtained by TEM for MOF 10, and in (C) an EDS mapping image of Zn, as described in Example 2(e).
  • Figure 28 shows in (A) an image obtained by TEM for MOF 10, in (B) an EDS mapping image of Zn, and in (C) a graph presenting the results of the EDS analysis obtained for the delimited zone in (B), as described in Example 2(e).
  • Figure 29 shows in (A) an image obtained by TEM for MOF 9, in (B) to (E) EDS mapping images respectively of Zn, C, O and Si, and in (F) the results of the corresponding EDS analysis obtained for the two areas delimited in (A) to (E), as described in [Example 2(e).
  • Figure 30 shows in (A) to (C) images obtained by TEM for MOF 9, in (D) to (G) EDS mapping images respectively of Zn, O, C and Si, and in (H) the results of the corresponding EDS analysis obtained for the two zones delimited in (C) to (G), as described in [Example 2(e).
  • Figure 31 shows in (A) and (B) images obtained by TEM for MOF 9, in (C) to (F) the results of the corresponding EDS analysis obtained for the two zones indicated by arrows in (B ), as described in [Example 2(e).
  • Figure 32 shows images obtained by TEM for MOF 9, as described in [Example 2(e).
  • Figure 33 shows images obtained by TEM for MOF 8, as described in [Example 2(e).
  • Figure 34 shows in (A) an image obtained by TEM for MOF 8, in (B) to (D) EDS mapping images respectively of Zn, C and O, and in (E) the results of the analysis Corresponding EDS obtained for the area delimited in (A) to (D), as described in [Example 2(e).
  • Figure 35 shows in (A) and (C) images obtained by TEM for MOF 8, in (D) to (F) EDS mapping images respectively of Zn, C and O, and in (G) the results of the corresponding EDS analysis obtained for the zone delimited in (C) to (F), as described in [Example 2(e).
  • Figure 36 shows in (A) and (C) images obtained by TEM for MOF 8, and in (D) the results of the EDS analysis obtained for the two zones indicated by arrows on the corresponding TEM image also shown in (D), as described in [Example 2(e).
  • Figure 37 shows in (A) an image obtained by TEM for MOF 8, in (B) to (D) EDS mapping images respectively of Zn, C and O, and in (E) and (F) the results of the corresponding EDS analysis obtained respectively for zones 1 and 2 delimited in (A) to (D), as described in Example 2(e).
  • Figure 38 shows TEM images for MOF 8 as described in Example 2(e).
  • Figure 39 shows images obtained by SEM for MOF 8 in (A) before grinding, in (B) after approximately 5 minutes of grinding, and in (C) after twice approximately 5 minutes of grinding, as described in l 'Example 2(f).
  • Figure 40 shows in (A) an image obtained by TEM for MOF 8 after twice about 5 minutes of grinding, and in (B) and (C) EDS mapping images respectively of C and Zn, as described in Example 2(f).
  • Figure 41 presents results of thermogravimetric analyzes in (A) for MOF 11 , in (B) for MOF 12, in (C) for MOF 13, in (D) for MOF 14, and (E) for MOF 15, as described in Example 3(b).
  • Figure 42 shows images obtained by SEM for MOF 11 as described in Example 3(c).
  • Figure 43 shows images obtained by SEM for MOF 12, as described in Example 3(c).
  • Figure 44 shows images obtained by SEM for MOF 13, as described in Example 3(c).
  • Figure 45 shows images obtained by SEM for MOF 14, as described in Example 3(c).
  • Figure 46 shows images obtained by SEM for MOF 15, as described in Example 3(c).
  • Figure 47 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 11 , and in (B) to (E) EDS mapping images respectively of C, Zn, Ou and O, as described in Example 3 (d).
  • Figure 48 shows in (A) an image obtained by SEM for the MOF 11, and in (B) to (E) EDS mapping images respectively of Zn, C, O and Cu, as described in Example 3 (d).
  • Figure 49 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 13, and in (B) to (E) EDS mapping images respectively of Zn, C, O and Cu, as described in Example 3 (d).
  • Figure 50 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 14, and in (B) to (E) EDS mapping images respectively of C, O, Cu and Zn, as described in Example 3 (d).
  • Figure 51 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 15, and in (B) to (E) EDS mapping images respectively of Zn, C, O and Cu, as described in Example 3 (d).
  • Figure 52 presents results of thermogravimetric analyzes in (A) for MOF 11 , in (B) for MOF 12, and in (C) for MOF 13, as described in Example 3(e).
  • Figure 53 shows in (A) and (B) images obtained by SEM for a MOF having been calcined at a temperature of approximately 1000°C and having been ground, and in (C) the results of the corresponding EDS analysis , as described in Example 3(f).
  • Figure 54 presents results of thermogravimetric analyzes in (A) for MOF 16, in (B) for MOF 17, in (C) for MOF 18, and in (D) for MOF 19, as described in Example 4(b).
  • Figure 55 shows in (A) a nitrogen adsorption/desorption isotherm, in (B) a graph of the distribution of pore volumes as a function of pore width, in (C) a graph of the specific surface in as a function of the pore width, and in (D) a graph of the total pore volume as a function of the pore width obtained for the MOFs 16 ( ⁇ ), 17 (A), 18 (•) and 19 ( ⁇ ), such as described in Example 4(c).
  • Figure 56 shows images obtained by SEM for MOF 16, as described in Example 4(d).
  • Figure 57 shows images obtained by SEM for MOF 17, as described in Example 4(d).
  • Figure 58 shows images obtained by SEM for MOF 18, as described in Example 4(d).
  • Figure 59 shows images obtained by SEM for MOF 19, as described in Example 4(d).
  • Figure 60 shows in (A) an SEM image obtained for MOF 16, and in (B) graphs showing the results of the EDS analysis obtained for the areas delimited in (A), as described in Example 4 (e).
  • Figure 61 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 17, and in (B) to (E) EDS mapping images of C, Ag, O and Zn respectively, as described in Example 4 (e).
  • Figure 62 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 18, and in (B) to (E) EDS mapping images of C, O, Ag and Zn respectively, as described in Example 4 (e).
  • Figure 63 presents results of thermogravimetric analyzes in (A) for MOF 20, and in (B) for MOF 21 , as described in Example 5(b).
  • Figure 64 shows images obtained by SEM for MOF 20, as described in Example 5(c).
  • Figure 65 shows images obtained by SEM for MOF 21 before and after calcination at a temperature of approximately 750°C, as described in Example 5(c).
  • Figure 66 shows images obtained by SEM for MOF 22 before and after calcination at a temperature of approximately 1000°C, as described in Example 5(c).
  • Figure 67 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 21 before calcination, and in (B) to (E) EDS mapping images respectively of O, Mg, C and Zn, as described in Example 5(d).
  • Figure 68 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 21 after calcination at a temperature of about 750°C, in (B) to (E) EDS mapping images respectively of Zn, Mg, C and O, and in (F) the results of the corresponding EDS analysis, as described in [Example 5(d).
  • Figure 69 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 22 before calcination, and in (B) to (F) images of EDS mapping respectively of C, O, Ir, Zn and Mg, as described in [Example 5(d).
  • Figure 70 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 22 after calcination at a temperature of approximately 1000°C, in (B) to (E) EDS mapping images respectively of C, O, Mg and Zn, and in (F) the results of the corresponding EDS analysis, as described in [Example 5(d).
  • Figure 71 shows images obtained by SEM for MOF 23, as described in [Example 6(b).
  • Figure 72 shows images obtained by SEM for MOF 24, as described in [Example 6(b).
  • Figure 73 shows in (A) an image obtained by TEM for MOF 23, in (B) to (D) EDS mapping images of C, O and Mg respectively, and in (E) the results of the analysis corresponding EDS, as described in [Example 6(c).
  • Figure 74 shows in (A) an image obtained by TEM for MOF 24, in (B) to (D) EDS mapping images of C, O and Mg respectively, and in (E) the results of the analysis corresponding EDS, as described in [Example 6(c).
  • Figure 75 shows images obtained by SEM for MOF 25, as described in [Example 7(b).
  • Figure 76 shows images obtained by SEM for MOF 26, as described in [Example 7(b).
  • Figure 77 shows images obtained by SEM for MOF 27, as described in [Example 7(b).
  • Figure 78 shows images obtained by SEM for MOF 28, as described in Example 7(b).
  • Figure 79 shows images obtained by SEM for MOF 29, as described in Example 7(b).
  • Figure 80 shows images obtained by SEM for MOF 30, as described in Example 7(b).
  • Figure 81 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 25, and in (B) to (D) EDS mapping images of C, O and Sb respectively, as described in Example 7(c). ).
  • Figure 82 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 26, and in (B) to (E) EDS mapping images of C, O, Zn and Sb respectively, as described in Example 7 (vs).
  • Figure 83 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 27, and in (B) to (E) EDS mapping images of C, O, Zn and Sb respectively, as described in Example 7 (vs).
  • Figure 84 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 28, and in (B) to (E) EDS mapping images of C, O, Zn and Sb respectively, as described in Example 7 (vs).
  • Figure 85 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 29, and in (B) to (E) EDS mapping images respectively of C, O, Sb and Zn, as described in Example 7 (vs).
  • Figure 86 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 30, and in (B) to (E) EDS mapping images respectively of C, O, Sb and Zn, as described in Example 7 (vs).
  • Figure 87 shows images obtained by SEM for MOF 31 as described in Example 8(b).
  • Figure 88 shows images obtained by SEM for MOF 32 before calcination, as described in Example 8(b).
  • Figure 89 shows an image obtained by SEM for MOF 32 after calcination at a temperature of about 1000°C, as described in Example 8(b).
  • Figure 90 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 31, and in (B) to (E) EDS mapping images respectively of Ag, Zn, N and O, as described in Example 8 (vs).
  • Figure 91 shows in (A) an image obtained by SEM for MOF 32 before calcination, and in (B) to (E) EDS mapping images respectively of Zn, Ag, N and O, as described in Example 8(c).
  • Figure 92 shows in (A) an SEM image obtained for MOF 32 after calcination at a temperature of approximately 1000°C as well as an EDS mapping of C (red) and Ag (green), and in (B) and (C) EDS mapping images respectively of Ag and C obtained for the areas delineated in (A), as described in Example 8(c).
  • Figure 93 shows the results of the EDS analysis for MOF 32 after calcination at a temperature of approximately 1000°C obtained in (A) for the sum of the spectra, in (B) for Spectrum 14, and in (C ) for Spectrum 15), as described in Example 8(c).
  • Figure 94 shows a graph of capacity versus number of cycles obtained at charge and discharge currents of C/6, C/4, C/3, C/2 and 1 C for Cells 8 (A ) and 9 ( ⁇ ) and References 3 ( ⁇ ) and 4 (•), as described in Example 9(c).
  • Figure 95 shows SEM images for Layer 1 as described in Example 10(b).
  • Figure 96 shows an image obtained by SEM for Layer 2, as described in Example 10(b).
  • Figure 97 shows in (A) an SEM image obtained for Layer 1 as well as an EDS mapping of Zn (blue), Cu (green) and Al (red), and in (B) and (C) images of EDS mapping respectively of Cu and Zn obtained for the area delimited in (A), as described in Example 10(c).
  • Figure 98 shows in (A) an SEM image obtained for Layer 2, in (B) an SEM image as well as an EDS mapping of Cu (pink), Al (blue), O (green) and C (red) obtained for Layer 2, and in (C) and (D) respectively EDS mapping images of Cu and C obtained for the area delimited in (A) and (B), as described in Example 10(c).
  • Figure 99 shows in (A) an SEM image obtained for Layer 2 as well as an EDS mapping of O (green) and C (red), and in (B) and (C) EDS mapping images respectively of C and O obtained for the area delimited in (A), as described in Example 10(c).
  • Figure 100 shows a graph of capacity versus number of cycles obtained at charge and discharge currents of C/6, C/4, C/3, C/2 and 1 C for Cells 10 ( ⁇ ) , 11 (•), 12 (A) and 13 ( ⁇ ) and References 5 ( ⁇ ) and 6 (•), as described in Example 10(d).
  • Figure 101 shows a graph of coulombic efficiency as a function of the number of cycles obtained for Cells 10 ( ⁇ ), 11 (•), 12 (A ) and 13 ( ⁇ ) and References 5 ( ⁇ ) and 6 ( •), as described in Example 10(d).
  • self-supporting electrode refers to an electrode without a metallic current collector.
  • aromatic refers to an aromatic group having 4n+2 conjugated Tr(pi) electrons where n is a number from 1 to 3, in a monocyclic group, or a fused bicyclic or tricyclic system having a total of 6 to 15 ring members, in which at least one of the rings of a system is aromatic.
  • the present technology relates to the formation of a coating material layer on an electrode material comprising an electrochemically active material.
  • This coating material comprises an organometallic structure (“Metal Organic Framework, MOF”) forming a network of at least one lithiophilic metal and at least one organic ligand.
  • MOF Metal Organic Framework
  • the organometallic structure of the coating is calcined, preferably before it is applied to the electrode film.
  • the electrode is preferably a negative electrode.
  • the present technology therefore relates to an electrode material comprising an electrochemically active material and a coating layer comprising a coating material based on a lithiophilic calcined organometallic structure comprising at least one lithiophilic metal and at least one organic ligand at least partly calcined, said coating layer resting on a surface of said electrochemically active material.
  • the electrochemically active material may comprise an alkali metal, an alkaline earth metal, a non-alkaline and non-alkaline earth metal or an alloy comprising at least one of these, for example, in the form of a metallic film.
  • the electrochemically active material comprises an alkali metal, an alkaline-earth metal, or an alloy comprising at least one alkali or alkaline-earth metal.
  • the electrochemically active material comprises metallic lithium or an alloy including or based on metallic lithium.
  • the electrochemically active material may also include nickel.
  • the electrochemically active material is a lubricated metal film.
  • the electrochemically active material when in the form of a film, this can have a thickness ranging from about 5 ⁇ m to about 75 ⁇ m, or ranging from about 15 ⁇ m to about 70 ⁇ m, or ranging from about 25 ⁇ m to about 65 ⁇ m, or ranging from about 30 ⁇ m to about 60 ⁇ m, or ranging from about 45 ⁇ m to about 55 ⁇ m, upper and lower limits included.
  • the organometallic structure includes a lithiophilic metal. Any known compatible lithiophilic metal is contemplated. Non-limiting examples of lithiophilic metals include Ag, Zn, Sn, Sb, Mg, Al, Ni, Cu, Co and a combination of two or more of these. After calcination, the lithiophilic metal may be present in the lithiophilic calcined organometallic structure, for example, in elemental form, metal oxide, metal nitride, and/or metal fluoride.
  • the form in which the lithiophilic metal is present in the lithiophilic calcined organometallic structure may vary depending on the gas or gas mixture present in the atmosphere used during the calcination of the lithiophilic organometallic structure.
  • the organic ligand before calcination is generally an organic compound comprising at least two functions capable of forming a bond (for example, ionic, covalent, etc.) with the lithiophilic metal. Each of these functions generally includes at least one heteroatom (for example, N, O, S, P, etc.).
  • the organic ligand is an organic ligand comprising a nitrogenous function, an organic ligand comprising a carboxylate, or a mixed organic ligand comprising a nitrogenous and/or carboxylate function.
  • the ligand comprises at least two, or at least three, or at least four carboxylate groups, preferably linked by an aromatic or polyaromatic group (such as 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acid).
  • the ligand comprises at least one carboxylate group and one nitrogen function bound by or forming part of an aromatic group (such as 1 H-benzimidazole-6-carboxylic acid).
  • an aromatic group such as 1 H-benzimidazole-6-carboxylic acid.
  • Any type of compatible organic ligand forming a repeating structure with a lithiophilic metal is contemplated.
  • Non-limiting examples of lithiophilic organometallic structures include Formulas 1 to 9 or one of their positional isomers: wherein n1 and n2, when present, denote the ratio of each unit and are independently selected numbers from the range of 0.1 to 0.9.
  • the lithiophilic calcined organometallic structures may also further comprise a metal source, for example, a silver source.
  • a metal source for example, a silver source.
  • the source of silver is a silver salt such as silver chloride (AgCl) or silver nitrate (AgNCh).
  • a silver salt When a silver salt is included, it may be present in a lithiophilic metal:silver ratio in the range of from about 1:1 to about 5:1, or from about 4:3 to about 4:1 , upper and lower bounds included.
  • the coating material may also include other elements, such as a preferably cross-linked solid electrolyte polymer. This can also be composed of a salt in a solvating polymer.
  • the solid polymer electrolyte included in the coating material can then be a copolymer of ethylene oxide and of at least one substituted oxirane comprising a crosslinkable function.
  • the copolymer comprises units based on ethylene oxide and -O-CH2-CHR- units, in which R is a substituent comprising a crosslinkable functional group, for example by the radical route, and is independently chosen from one unit to another.
  • the copolymer may also further comprise -O-CH2-CHR- units, in which R' is a substituent being free of radically crosslinkable functional groups and is independently chosen from one unit to another.
  • the polydispersity index can be determined by steric exclusion chromatography (“Size Exclusion Chromatography, SEC”).
  • the salt included in the solid polymer electrolyte of the coating material is preferably 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 tetrafluoroborate (UBF4), lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), lithium nitrate (UNO3), lithium chloride (LiCI), lithium bromide (LiBr), lithium fluoride (LiF), lithium perchlorate (UCIO4 ), lithium hexafluoro
  • the coating layer may have a thickness in the range of from about 1 ⁇ m to about 20 ⁇ m, or from about 1 ⁇ m to about 19 ⁇ m, or from about 1 ⁇ m to about 18 ⁇ m, or from from approximately 1 pm to approximately 17 pm, or ranging from approximately 1 pm to approximately 16 pm, or ranging from approximately 1 pm to approximately 15 pm, or ranging from approximately 1 pm to approximately 14 pm, or ranging from about 1 ⁇ m to about 13 ⁇ m, or ranging from about 2 ⁇ m to about 12 ⁇ m, upper and lower limits included, preferably in the range going from about 2 ⁇ m to about 12 ⁇ m, upper and lower limits included.
  • the coating layer is a first coating layer and the electrode material comprises a second coating material layer, for example
  • the second coating layer may have a thickness in the range of from about 1 ⁇ m to about 20 ⁇ m, or from about 1 ⁇ m to about 19 ⁇ m, or from about 1 ⁇ m to about 18 ⁇ m , or ranging from approximately 1 pm to approximately 17 pm, or ranging from approximately 1 pm to approximately 16 pm, or ranging from approximately 1 pm to approximately 15 pm, or ranging from approximately 1 pm to approximately 14 pm, or ranging from about 2 ⁇ m to about 14 ⁇ m, upper and lower limits included, preferably in the range going from about 2 ⁇ m to about 14 ⁇ m, upper and lower limits included.
  • the second coating layer comprises a polymer, such as an uncrosslinked solid electrolyte polymer.
  • the electrode material as defined here is generally prepared by a method comprising a step of depositing the coating layer based on lithiophilic calcined organometallic structures on the surface of the electrochemically active material. According to certain examples, the method further comprises a step of depositing the second coating layer.
  • the step (or steps) of deposition can (can) be carried out (carried out) by at least one doctor blade coating method, one transfer interval coating method ( “comma coating” in English), a coating method with a reverse transfer interval (“reverse-comma coating” in English), a printing method such as engraving (“gravure coating” in English), a method of slot coating ("slot-die coating” in English), or a method of depositing a layer by spraying ("spray deposition” in English).
  • the step (or steps) of deposition is (are) carried out (carried out) by a spray deposition method.
  • the method may also further comprise the preparation of the coating material based on the lithiophilic calcined organometallic structures, for example, comprising the preparation of the lithiophilic calcined organometallic structures.
  • the preparation of lithiophilic calcined organometallic structures comprises a step of bringing at least one organic ligand into contact with at least one lithiophilic metal precursor in order to obtain a lithiophilic organometallic structure, and a step of calcining the organometallic structure lithiophile to obtain the calcined lithiophile organometallic structure.
  • the calcining step is carried out at a temperature comprised within the range going from approximately 500°C to approximately 1050°C, upper and lower limits included, preferably within the range going from approximately 550°C at approximately 1000°C, upper and lower limits included.
  • the calcination step can be carried out under an inert atmosphere comprising, for example, a gas chosen from argon, nitrogen, helium, a fluorinated gas and a mixture comprising at least one of these.
  • the inert atmosphere gas comprises argon.
  • the present electrode material is used in the manufacture of electrodes, for example, negative electrode.
  • a negative electrode as here considered comprises the electrode material as defined here or the electrode material obtained according to the process defined above, with or without current collector (self-supported).
  • An electrochemical cell comprising the present electrode material or the above negative electrode is also contemplated.
  • This electrochemical cell comprises, for example, a negative electrode, a positive electrode and an electrolyte, in which the negative electrode is as defined above or comprises an electrode material as defined herein.
  • the positive electrode comprises an electrochemically active material.
  • positive electrode electrochemically active materials include metal oxide, metal sulfide, metal oxysulfide, metal phosphate, metal fluorophosphate, metal oxyfluorophosphate, metal sulfate, metal halide, metal, a metal fluoride, sulphur, selenium and a combination of at least two of these when compatible.
  • 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 metal may further comprise an alkali or alkaline-earth metal chosen from lithium (Li), sodium (Na), potassium (K) and magnesium (Mg).
  • the electrochemically active material of the positive electrode is a lithium metal phosphate, such as LiFePCL.
  • the electrochemical cell electrolyte is preferably a solid electrolyte, for example, a solid polymer electrolyte comprising a salt in a solvating polymer which may be as defined for the coating material.
  • the battery is selected from the group consisting of a lithium battery, a battery lithium-ion, sodium battery, sodium-ion battery, potassium battery, potassium-ion battery, magnesium battery, and magnesium-ion battery, preferably a lithium or lithium-ion battery.
  • the present technology also includes the use of the present electrochemical accumulators or batteries, inter alia, in mobile devices (such as mobile phones, cameras, tablets or laptops), in electric or hybrid vehicles, or in storage of renewable energy.
  • the MOFs prepared in this example are shown in Table 1.
  • the MOFs prepared in Example 1(a) were characterized by thermogravimetric analysis in order to assess their thermal stability and their conversion process.
  • the thermogravimetric analyzes were carried out under a constant air flow of 100 mL/min in a temperature range ranging from about 30°C to about 1000°C and at a temperature rise rate of 5°C/min.
  • the results of the thermogravimetric analyzes obtained for MOFs 1 to 5 are presented in Figure 1 and summarized in Table 2.
  • Figure 1(A) shows a first mass loss at a temperature below 100°C that can be attributed to the elimination of water, a second mass loss from a temperature of about 150°C that can be attributed to the decomposition of coordinated water molecules and a third mass loss that can be attributed to the decomposition of the organic ligand starting at a temperature of about 250°C.
  • Figure 1 (B) shows a first mass loss at a temperature below 150 °C that can be attributed to the elimination of water and a second mass loss that can be attributed to the decomposition of the organic ligand starting at a temperature of about 360°C.
  • Figure 1(C) shows a first mass loss at a temperature below 100°C that can be attributed to the elimination of water and a second mass loss that can be attributed to the decomposition of the organic ligand starting at a temperature of about 450°C.
  • Figure 1(D) shows a first mass loss at a temperature below 250°C that can be attributed to the elimination of water and a second mass loss that can be attributed to the decomposition of the organic ligand starting at a temperature of about 350°C.
  • Example 1 (a) The MOFs prepared in Example 1 (a) were imaged using a scanning electron microscope (SEM) equipped with a secondary electron detector (“secondary electron, SE” in English) to highlight highlights the topography and morphology and a backscattered electron detector (BSE) for the study of chemical contrast or only a BSE detector when indicated. All SEM images were obtained at an accelerating voltage of 10.0 kV. The images obtained for MOFs 1 to 5 are presented in Figures 2 to 6 and summarized in Table 3.
  • SEM scanning electron microscope
  • SE secondary electron detector
  • BSE backscattered electron detector
  • the particles of MOFs 1 and 2 have a substantially elongated rod-shaped morphology with a diameter ranging from about 2 ⁇ m to about 30 ⁇ m.
  • Figures 4 and 5 show that the particles of MOFs 3 and 4 have a variable morphology and have a diameter comprised in the interval going from about 20 ⁇ m to about 200 ⁇ m, upper and lower limits included.
  • Figure 6 shows SEM images obtained in (A) with an SE detector and a BSE detector, and in (B) with a BSE detector. It is possible to observe that the particles of MOF 5 possess a variable morphology having a diameter ranging from about 20 ⁇ m to about 100 ⁇ m. d) Characterization of lithiophilic MOFs by EDS
  • thermogravimetric analyzes were carried out under a constant air flow of 100 mL/min and at a temperature rise rate of 5°C/min. The results of the thermogravimetric analyzes obtained for MOFs 6 to 10 are presented in Figure 11 and summarized in Table 6.
  • Figure 11 (A) shows the thermogravimetric curve obtained for MOF 6.
  • the thermogravimetric analysis was carried out in a temperature range ranging from about 30°C to about 700°C. It is possible to observe that the mechanism of oxidation under air of the metal does not allow an adequate quantification of this one.
  • Figure 11 (B) shows the thermogravimetric curve obtained for MOF 7.
  • the thermogravimetric analysis was performed in a temperature range from about 30°C to about 900°C. It is possible to observe that the mechanism of oxidation under air of the metal does not allow an adequate quantification of this one.
  • Figure 11(C) shows the thermogravimetric curves obtained for MOFs 8 to 10.
  • the thermogravimetric analyzes were carried out in a temperature range ranging from about 50°C to about 800°C.
  • the mass of metal present in MOFs 8 to 10 has been estimated at around 70% by weight. It is possible to observe in Figure 11(C) that the carbon of the MOFs calcined at a higher temperature, appears graphitic and requires a higher temperature to degrade under air. It is also possible to observe in Figure 11 (C) the absence of a mass gain which can be attributed either, for example, by the presence of ZnO particles or by the presence of a layer of ZnO on the surface of Zn particles.
  • Figure 12 presents Raman spectra obtained for the MOFs which were calcined at a temperature of 750° C. (MOFs 6, 7 and 10). It is possible to observe a substantially graphitic carbon for the calcined Ni 2+ based MOF (MOF 7). Calcined MOFs based on Cu 2+ and Zn 2+ (MOFs 6 and 10) seem to produce carbon of a similar nature and substantially disordered.
  • Figure 13 shows Raman spectra obtained for MOFs based on Zn 2+ calcined at a temperature of 550°C and 650°C (MOFs 8 and 9).
  • Figure 13 shows in (A) an intensity ratio of the D band on the G band (ID/IG) for the MOF 8 of 0.95 and for the MOF 9 of 0.87. The carbon produced by the calcination of these two MOFS would therefore be substantially amorphous.
  • Example 2(a) The pore size, surface area and pore volume of the calcined MOFs prepared in Example 2(a) were characterized.
  • Nitrogen adsorption/desorption isotherms (graph of the volume of adsorbed nitrogen (cm 3 /g) as a function of the relative nitrogen pressure P/P o ) were obtained for each of the MOFs prepared in Example 2(a). Pore size (nm), pore volume distribution (dV/dw) (cm 3 /g.nm), specific surface (m 2 /g) and total pore volume (cm 3 /g) were extracted from these isotherms. The determination of the pore size was carried out by the method of Broekhoff and Boer (BdB). The pore volume distribution was determined by the method of Barett, Joyner and Halenda (BJH). The specific surface and the pore volume were calculated using the BET method.
  • Figures 14 and 15 show in (A) a nitrogen adsorption/desorption isotherm, in (B) a graph of the distribution of pore volumes as a function of pore width, in (C) a graph of surface specific as a function of the pore width, and in (D) a graph of the total pore volume as a function of the pore width obtained respectively for MOFs 6 and 7.
  • Figure 16 shows in (A) a nitrogen adsorption/desorption isotherm, in (B) a graph of the distribution of pore volumes as a function of pore width, in (C) a graph of the specific surface in as a function of pore width, and in (D) a plot of total pore volume as a function of pore width obtained for MOF 8 ( ⁇ ), MOF 9 ( ⁇ ) and MOF 10 ( ⁇ ).
  • the calcined MOFs prepared in Example 2(a) were characterized by TEM and EDS.
  • Figures 17 to 38 present TEM images, EDS mapping images and the results of EDS analysis obtained for MOFs 6 to 10.
  • the experimental conditions used during the TEM and MET-EDS analyzes carried out for MOFs 6 to 10 are shown in Table 7.
  • Figure 17 shows nanometric metal particles substantially dispersed inside and on the carbon surface.
  • the arrows in Figures 17(B) and 17(C) each point to a copper particle.
  • Figure 18(E) shows the EDS analysis results obtained for the bounded area on the EDS mapping image shown in Figure 18(D).
  • Figure 18 (E) shows the presence of copper and its approximate relative abundance in MOF 6.
  • Figure 20(F) shows the results of the EDS analysis obtained for the bounded area on the EDS mapping images shown in Figures 18(D) and (E).
  • Figures 21 and 22 show that carbon is substantially amorphous and substantially disordered. This is consistent with the Raman microspectroscopy analysis presented in Example 2(c). Analysis of MET and MET-EDS images obtained for MOF 7
  • Figures 23(E) and (F) show a graph of intensity (counts/seconds) against energy in (keV) and a graph of number of electrons against energy in (eV) respectively. ) obtained for the bounded area on the EDS mapping image shown in Figure 23(D).
  • Figures 23(E) and (F) show the presence of copper and nickel and their approximate relative abundance.
  • Figure 24 shows TEM images of MOF 7 on which it is possible to observe nanometric metallic particles substantially dispersed in the carbon matrix.
  • the lines in Figure 24 each indicate a nickel particle.
  • Figure 25 shows two TEM images of MOF 7 on which it is possible to observe a substantially more graphitic carbon. This is consistent with the Raman microspectroscopy analysis presented in Example 2(c). It is also possible to observe carbon planes in this figure.
  • Figure 26 shows in (A) and (B) TEM images of MOF 10, and in (C) the results of the corresponding EDS analysis.
  • the two arrows in Figure 26(B) each point to a zinc particle.
  • Figure 26 shows that the MOF 10 is substantially heterogeneous, comprising, in places, only a few nanometric metallic particles.
  • Figure 28(C) is a graph showing the EDS analysis results obtained for the bounded area on the EDS mapping image shown in Figure 28(B).
  • Figures 27 and 28 show the presence of agglomerates comprising zinc on the surface and in the carbon matrix. These agglomerates form at a substantially elevated temperature. Part of the porosity could therefore be attributed to a loss of zinc. Indeed, a specific surface of 560 m 2 /g for the MOF 10 was obtained by BET.
  • Figure 29(F) shows the results of the EDS analysis obtained for the two areas delineated in the images shown in Figures 29(A) through (E).
  • the images in Figure 29 show the presence of elongated particles of irregular shape. It is also possible to observe the presence of silicon in the carbon-rich zones.
  • Figure 30 shows in (H) the results of the EDS analysis obtained for the two areas delimited on the images presented in Figures 30(C) to (G).
  • Figure 31 shows in (A) and (B) images obtained by TEM of MOF 9, in (C) to (F) the results of the corresponding EDS analysis obtained for the two zones indicated by arrows in (B) .
  • Figures 31(C) and (D) show a plot of intensity versus energy and a plot of electron count versus energy, respectively, obtained for the Sp75 area shown in (B).
  • Figures 31(E) and (F) show a plot of intensity versus energy and a plot of electron count versus energy, respectively, obtained for the Sp72 area shown in (B). It is possible to observe that the elongated rod-shaped particle is Zn-rich while the irregular-shaped particles are Zn-free.
  • Figure 32 shows in (A) to (F) images obtained by TEM of MOF 9.
  • Figure 32 shows in (A) to (F) images obtained by TEM of MOF 9.
  • Figure 33 shows elongated rod-shaped particles having a width in the range of about 100 nm to about 200 nm and a length of about 1 ⁇ m.
  • Figure 34 shows in (E) the results of the EDS analysis obtained for the area delimited on the images presented in Figures 34(A) to (D).
  • Figure 35 shows in (G) the results of the EDS analysis obtained for the area delimited on the images presented in Figures 35(C) to (F).
  • Figure 35 the substantial presence of Zn in the composition of the elongated rod-shaped particles.
  • Figure 36 shows irregularly shaped particles comprising a substantial number of nanoscale Zn particles.
  • Figure 36 shows in (D) the results of the EDS analysis obtained for the two zones indicated by arrows on the corresponding TEM image.
  • Figure 37 shows in (E) and (F) the results of the EDS analysis obtained respectively for zones 1 (elongated rod-shaped particle) and 2 (irregular-shaped particle) delimited on the images presented in Figures 37( A) to (D).
  • Figure 37(E) confirms that the elongated rod-shaped particles are substantially rich in Zn
  • Figure 37(F) confirms that irregularly shaped particles are substantially amorphous and less rich in Zn.
  • Figure 38 shows the presence of Zn nanoparticles having a length in the range from about 2 nm to about 5 nm in the carbon matrix. f) Effect of grinding on calcined lithiophilic MOFs
  • the effect of grinding was also characterized using an SEM equipped with an SE detector as well as by EDS.
  • Figure 39 shows SEM images obtained for MOF 8 in (A) before grinding, in (B) after approximately 5 minutes of grinding (SPEX MC ball mill), and in (C) after twice approximately 5 minutes of grinding .
  • Scale bars represent 10 ⁇ m.
  • Figure 40 shows in (A) an SEM image of MOF 8 particles after twice about 5 minutes of grinding, and the mapping images of elements C and Zn are shown in (B) and (C) respectively. Scale bars represent 5 ⁇ m.
  • Example 3 Preparation and characterization of calcined bimetallic lithiophilic MOFs based on Zn and Or a) Preparation of calcined bimetallic lithiophilic MOFs based on Zn and Or
  • Bimetallic calcined lithiophilic MOFs were prepared with different proportions of copper and zinc (ratio Ou:Zn) according to Equation 1:
  • MOFs thus prepared were then purified by filtration and dried under vacuum for about 18 hours at room temperature.
  • the MOFs were calcined under an inert argon atmosphere according to the following protocol:
  • thermogravimetric analyzes were carried out under a constant air flow of 100 mL/min in a temperature range ranging from about 30°C to about 1000°C and at a temperature rise rate of 5°C/min.
  • the results of the thermogravimetric analyzes obtained for MOFs 11 to 15 are presented in Figure 41 and summarized in Table 9.
  • Table 10 Summary of SEM images obtained for MOFs 11 to 15 d) Characterization of bimetallic calcined lithiophilic MOFs by EDS Elemental analysis or chemical characterization of the MOFs prepared in Example 3(a) was carried out using an SEM equipped with an X-ray detector for analysis. DHS.
  • Figures 47 to 51 show in (A) SEM images obtained for MOFs 11 and 13 to 15, and in (B) to (E) the corresponding EDS mapping images.
  • the experimental conditions used during the EDS analyzes carried out for MOFs 11 and 13 to 15 are presented in Table 11. Table 11. Experimental conditions used during the EDS analyzes carried out for the
  • FIGS 46 and 51 show that MOF sample 15 comprises substantially large Zn-rich particles and substantially smaller Cu-rich elongated needle-like particles.
  • thermogravimetric analyzes were carried out under a constant air flow of 100 mL/min and at a temperature rise rate of 5°C/min. The results of the thermogravimetric analyzes obtained for MOFs 11 to 13 are presented in Figure 52 and summarized in Table 12.
  • Figure 52 (B) shows that the mass loss for MOF 12 calcined at a temperature of approximately 910°C is slightly greater than for MOF 12 calcined at a temperature of approximately 750°C. This could be explained by the presence of more carbon, and therefore, a small amount of Zn could probably have been lost.
  • Figure 52 (B) also shows a substantially large mass loss for the MOF 12 calcined at a temperature of about 1000°C as well as a copper oxidation phenomenon at a temperature of about 200°C to about 400 °C, which shows that there is no more zinc or very little.
  • Figure 53 shows in (A) and (B) SEM images of a MOF similar to MOF 12, but having been calcined at a temperature of approximately 1000°C instead of at a temperature of approximately 750°C and having been ground three times for approximately 5 minutes with a SPEX TM ball mill.
  • the scale bars in (A) and (B) represent 50.0 ⁇ m and 5.00 ⁇ m respectively.
  • Figure 53 shows spherical nanoscale particles substantially well dispersed in the carbon matrix.
  • Figure 53 (C) shows the results of the EDS analysis confirming the absence of Zn in the matrix and the presence of carbon and copper.
  • Bimetallic calcined lithiophilic MOFs were prepared with different proportions of zinc and silver (Zn:Ag ratio). To do this, Zn-based MOFs were prepared according to Equation 2:
  • MOFs thus prepared were then purified by filtration and dried under vacuum for about 20 hours at a temperature of about 160°C.
  • MOFs were calcined under an inert argon atmosphere according to the following protocol:
  • the MOFs prepared in Example 4(a) were characterized by ATG in order to evaluate their thermal stability and their conversion process.
  • the thermogravimetric analyzes were carried out under a constant air flow of 100 mL/min in a temperature range ranging from approximately 30°C to approximately 1000°C and at a rate of rise in temperature of 5°C/min.
  • the results of the thermogravimetric analyzes obtained for MOFs 16 to 19 are presented in Figure 54 and summarized in Table 14.
  • Figure 54 shows a mass loss at a temperature below 300°C that can be attributed to silver.
  • Nitrogen adsorption/desorption isotherms (graph of the volume of nitrogen adsorbed as a function of the relative nitrogen pressure P/P o ) were obtained for each of the MOFs prepared in Example 4(a). Pore size, pore volume distribution, specific surface and total pore volume were extracted from these isotherms. The determination of the pore size was carried out by the method of BdB. The pore volume distribution was determined by the BJH method. The specific surface and the pore volume were calculated using the BET method.
  • Example 4(a) The MOFs prepared in Example 4(a) were imaged using an SEM fitted with an SE detector.
  • the images obtained for MOFs 16 to 19 are presented in Figures 56 to 59 and summarized in Table 15.
  • Figures 56 to 59 show heterogeneous mixtures comprising particles of varying size and shape.
  • Elemental analysis or chemical characterization of the MOFs prepared in Example 4(a) was performed using an SEM equipped with an X-ray detector for EDS analysis.
  • Figure 60 shows in (A) an SEM image obtained for MOF 16, and in (B) graphs presenting the results of the EDS analysis obtained for the areas delimited in (A).
  • the scale bar represents 10 ⁇ m.
  • Figures 61 and 62 show in (A) SEM images obtained for MOFs 16 to 18, and (B) to (E) the corresponding EDS mapping images.
  • the experimental conditions used during the EDS analyzes carried out for MOFs 17 and 18 are presented in Table 16. Table 16. Experimental conditions used during the EDS analyzes carried out for the
  • Example 5 Preparation and characterization of lithiophilic MOFs based on Mg and bimetallic lithiophilic MOFs based on Mg and Zn a) Preparation of lithiophilic MOFs based on Mg and bimetallic lithiophilic MOFs based on Mg and Zn
  • Lithiophilic Mg-based MOFs were prepared from magnesium carbonate hydroxide pentahydrate ((MgCOs)4 Mg(OH)2 5H2O) and FLbtec.
  • Two bimetallic MOFs based on Mg and Zn were prepared from (MgCOs)4 Mg(OH)2 ôFLO, ZnO and FLbtec. The MOFs thus prepared were then purified by filtration and dried under vacuum for about 18 hours at room temperature.
  • Figures 65(D) and (E) show SEM images of MOF 21 obtained after calcination at a temperature of approximately 750°C. It is possible to observe the appearance of substantially small spheres on the surface of the carbon after calcination.
  • Figures 66(D) and (E) show SEM images of MOF 22 obtained after calcination at a temperature of approximately 1000°C. It is possible to observe the appearance of substantially small spheres in the carbon matrix after calcination. d) Characterization of Mg-based lithiophilic MOFs by EDS
  • Elemental analysis or chemical characterization of MOFs 21 and 22 prepared in Example 5(a) was performed using an SEM equipped with an X-ray detector for EDS analysis.
  • Figure 67 shows in (A) an SEM image obtained for MOF 21 before calcination, and in (B) to (E) the corresponding EDS mapping images.
  • Figure 68 shows in (A) an SEM image obtained for MOF 21 after calcination at a temperature of approximately 750°C, in (B) to (E) the corresponding EDS mapping images, and in (F) the results of the corresponding DHS analysis.
  • Figure 69 shows in (A) an SEM image obtained for MOF 22 before calcination, and in (B) to (F) the corresponding EDS mapping images.
  • Figure 70 shows in (A) an SEM image obtained for MOF 22 after calcination at a temperature of approximately 1000°C, in (B) to (E) the corresponding EDS mapping images, and in (F) the results of the corresponding DHS analysis.
  • the experimental conditions used during the EDS analyzes carried out for MOFs 21 and 22 are presented in Table 20.
  • Mg-based lithiophilic MOFs were prepared from magnesium carbonate (MgCOs) or magnesium acetate (Mg(OAc)2) and FLbtec according to Equation 4:
  • the MOFs thus prepared were then purified by filtration and dried under vacuum for about 18 hours at room temperature.
  • the MOFs prepared in this example are shown in Table 24.
  • Mg(OAc)2 seems to be a suitable precursor for the synthesis of Mg-based MOFs.
  • b) Characterization of Mg-based lithiophilic MOFs by SEM The MOFs prepared in Example 6(a) were imaged using a SEM equipped with an SE detector. The images obtained for MOFs 23 and 24 are shown in Figures 71 and 72 and summarized in Table 25. Table 25. Summary of SEM images obtained for MOFs 23 and 24 c) Characterization of Mg-based lithiophilic MOFs by EDS
  • Elemental analysis or chemical characterization of the MOFs prepared in Example 6(a) was performed using an SEM equipped with an X-ray detector for EDS analysis.
  • Figures 73 and 74 show in (A) SEM images obtained respectively for MOFs 23 and 24, in (B) to (D) the EDS mapping images, and in (E) the results of the corresponding EDS analysis.
  • the experimental conditions used during the EDS analyzes carried out for MOFs 23 and 24 are presented in Table 26.
  • Sb- and Zn-based bimetallic lithiophilic MOFs were prepared from antimony(III) acetate (Sb(OAc)3), ZnO and FLbtec according to Equation 5:
  • Equation 5 The MOFs thus prepared were then purified by filtration and dried under vacuum for about 18 hours at room temperature.
  • Example 7(a) The MOFs prepared in Example 7(a) were imaged using an SEM fitted with an SE detector. The images obtained for MOFs 25 to 30 are shown in Figures 75 to 80 and summarized in Table 28. Table 28. Summary of SEM images obtained for MOFs 25 to 30 c) Characterization of bimetallic lithiophilic MOFs by EDS
  • Equation 9 The structure and the Zn:Ag ratio of the bimetallic MOFs prepared in the present example are presented in Table 30.
  • Example 8(a) The MOFs prepared in Example 8(a) were imaged using an SEM fitted with an SE detector. The images obtained for MOFs 31 and 32 are presented in Figures 87 to 89 and summarized in Table 31. Table 31. Summary of SEM images obtained for MOFs 31 and 32 c) Characterization of bimetallic lithiophilic MOFs by EDS
  • Elemental analysis or chemical characterization of the MOFs prepared in Example 8(a) was performed using an SEM equipped with an X-ray detector for EDS analysis.
  • Figures 90 to 92 show in (A) SEM images obtained respectively for MOFs 31 and 32, in (B) to (E) the EDS mapping images.
  • the experimental conditions used during the EDS analyzes carried out for MOFs 31 and 32 are presented in Table 32.
  • Coating materials based on calcined lithiophilic MOFs as described in the preceding examples were prepared.
  • the coating materials were obtained by mixing the MOFs with a 60% by weight solution of solid polymer electrolyte including LiTFSI in a solvating polymer as described in US patent number 6,903,174 B2 (Harvey et al.) (US'174 ) in a polymer:LiTFSI ratio of (20:1) and 40% by weight of tetraethylene glycol dimethyl ether.
  • the composition of the coating materials is shown in Table 34. Table 34. Composition of coating materials based on calcined lithiophilic MOFs b) Configurations of electrochemical cells
  • the electrochemical cells were assembled with one or two coating layers.
  • the first coating layer being crosslinked and the second layer being uncrosslinked and placed between the first coating layer and the electrolyte.
  • This second layer of coating allows a substantial improvement in the adhesion between the different components of the electrochemical cell, and therefore, an improvement in the electrochemical performance.
  • electrochemical cells were assembled with a self-supporting solid polymer electrolyte as described in the US'174 patent comprising 81.8% by weight of polymer, 17.8% by weight of LiTFSI and 0.4% by weight of 2.2 -dimethoxy-2-phenylacetophenone (Irgacure MC 651).
  • the electrochemical cells were assembled with negative electrodes of lubricated metallic lithium having a thickness of approximately 50 ⁇ m on copper current collectors.
  • the electrochemical cells were assembled according to the configurations shown in Table 36.
  • Cells 2-9 were assembled with a second coating layer including 60% by weight of the polymer as described in US '174 and LiTFSI in a polymer:LiTFSI ratio of (20:1) and 40% by weight tetraethylene glycol dimethyl ether.
  • the polymer of the second layer is not crosslinked.
  • the reference electrochemical cells were assembled according to the configurations presented in Table 37.
  • Electrochemical analyzes have demonstrated that the second coating layer significantly improves the adhesion between the first coating layer and the electrolyte.
  • the presence of this second coating layer also seems to improve the coulombic efficiency and the initial discharge capacity while improving the reproducibility of the electrochemical results. Improved electrochemical performance for electrochemical cells including thinner first coating layer films was also observed.
  • Figure 94 shows a graph of capacity versus number of cycles obtained at charge and discharge currents of C/6, C/4, C/3, C/2 and 1 C for Cells 8 (A ) and 9 ( ⁇ ) and References 3 ( ⁇ ) and 4 (•). A better reproducibility of the electrochemical performances was observed for the electrochemical cells including thicker films of second coating layer.
  • Figure 94 shows electrochemical performances substantially close to those of the two references, despite a total coating layer thickness of approximately 26 ⁇ m.
  • Example 10 Deposition of a layer of calcined lithiophilic MOFs by spraying a) Deposition of a layer of calcined lithiophilic MOFs by spraying
  • a layer of calcined lithiophilic MOFs was sputter deposited on a lithium foil.
  • Example 10(a) The layers of calcined lithiophilic MOFs deposited in Example 10(a) were imaged using an SEM equipped with an SE detector. The images obtained for the two layers of MOFs 11 and 12 are presented in Figures 95 and 96 and summarized in Table 38.
  • Figure 95 shows images obtained by SEM of a section of a lithium foil covered with a layer of calcined lithiophilic MOFs obtained by sputtering (MOF 11 calcined at 750°C). It is possible to observe a layer of calcined lithiophilic MOFs having a thickness ranging from a few hundred nm to about 1 ⁇ m.
  • Figure 96 shows an image obtained by SEM of a section of a lithium sheet covered with a layer of calcined lithiophilic MOFs obtained by sputtering (MOF 12 calcined at 1000°C). It is possible to observe a layer of calcined lithiophilic MOFs having a thickness ranging from about 900 nm to about 1 ⁇ m. c) Characterization by EDS of the layers of calcined lithiophilic MOFs obtained by sputtering
  • Example 10(a) Elemental analysis or chemical characterization of the calcined lithiophilic MOF layers deposited in Example 10(a) was performed using an SEM equipped with an X-ray detector for EDS analysis.
  • Figure 97 shows EDS mapping images obtained for Layer 1.
  • Figure 98 shows in (A) an SEM image obtained for Layer 2, in (B) to (D) the EDS mapping images.
  • Figure 99 shows EDS mapping images obtained for Layer 2.
  • Figure 97 shows in (A) an SEM image obtained for a layer of calcined lithiophilic MOFs obtained by sputtering (MOF 11 calcined at 750°C) as well as the EDS mapping of Zn (blue), Cu (green) and Al (red ).
  • Figures 97(B) and (C) show respectively the Cu and Zn EDS mapping images obtained for the area delineated in (A). It is possible to observe the presence of the two metals (Cu and Zn) and mainly Cu.
  • Figure 98 shows in A an SEM image obtained for a layer of calcined lithiophilic MOFs obtained by sputtering (MOF 12 calcined at 1000°C), in (B) an SEM image as well as the EDS mapping of Cu (pink), Al ( blue), O (green) and C (red), and in (C) and (D) respectively EDS mapping images of Cu and C obtained for the area delimited in (A) and (B). It is possible to observe that the absence of Zn due to its evaporation at high temperature. Nanoscale spheres of Cu can be observed in the layer of calcined lithiophilic MOFs obtained by sputtering and on the lithium side.
  • the electrochemical cells were assembled with metallic lithium negative electrodes comprising a layer of calcined lithiophilic MOFs sputter deposited on the surface of a lithium foil prepared in Example 10(a) on copper current collectors.
  • the electrochemical cells were assembled without a coating layer.
  • the electrochemical cells were assembled with a positive electrode of LFP on carbon coated aluminum current collectors (Armor 1710 ).
  • the composition of the positive electrode electrochemically active material is shown in Table 35 in Example 9(b).
  • the reference electrochemical cells were assembled according to the configurations presented in Table 41.
  • Figure 100 shows a graph of capacity versus number of cycles obtained at charge and discharge currents of C/6, C/4, C/3, C/2 and 1 C for Cells 10 ( ⁇ ) , 11 (•), 12 (A) and 13 ( ⁇ ) and References 5 ( ⁇ ) and 6 (•).
  • Figure 101 shows a graph of coulombic efficiency as a function of the number of cycles obtained for Cells 10 ( ⁇ ), 11 (•), 12 (A ) and 13 ( ⁇ ) and References 5 ( ⁇ ) and 6 ( *). It is possible to observe that the electrochemical performances are very close to the reference cells, and this, especially for Cells 10 and 11.

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Abstract

Un matériau d'électrode négative comprenant un matériau électrochimiquement actif et une couche de revêtement sur sa surface est décrit. La couche de revêtement comprend un matériau de revêtement à base d'une structure organométallique calcinée lithiophile comprenant au moins un métal lithiophile et au moins un ligand organique au moins en partie calciné. Les procédés de fabrication du matériau d'électrode, les électrodes comprenant le matériau de même que leur utilisation dans des cellules électrochimiques et batteries sont aussi décrits.

Description

PROCÉDÉ DE FABRICATION D’ÉLECTRODE NÉGATIVE PROTÉGÉE ET ÉLECTRODE NÉGATIVE AINSI PRODUITE
DEMANDE RELIÉE
La présente demande revendique la priorité, sous la loi applicable, de la demande de brevet provisoire canadienne N° 3,147,039 déposée le 28 janvier 2022, le contenu de laquelle est incorporé ici par référence dans son intégralité et à toutes fins.
DOMAINE TECHNIQUE
La présente technologie se rapporte au domaine des matériaux d’électrodes négatives comprenant une couche de revêtement sur l’une de ses surfaces, aux électrodes les comprenant, aux procédés de préparation de ces matériaux et à leurs utilisations dans des cellules électrochimiques.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Les électrolytes liquides utilisés dans les batteries lithium-ion sont inflammables et se dégradent lentement pour former une couche de passivation à la surface du film de lithium appelée interface d’électrolyte solide (SEI pour « solid electrolyte interface » ou « solid electrolyte interphase » en anglais) consommant irréversiblement du lithium, ce qui diminue l'efficacité coulombique de la batterie. De plus, les anodes au lithium subissent d’importants changements morphologiques pendant le cyclage de la batterie et des dendrites de lithium se forment. Comme celles-ci migrent généralement à travers l’électrolyte, elles peuvent éventuellement provoquer des courts-circuits.
Les préoccupations de sécurité et l’exigence d’une densité d’énergie plus élevée ont stimulé la recherche pour le développement d’une batterie rechargeable au lithium tout solide avec un électrolyte de type polymère ou céramique, les deux étant plus stables vis- à-vis du lithium métallique et réduisant la croissance des dendrites au lithium. Cependant, certains désavantages résultent de l’utilisation de tels électrolytes solides, par exemple, la perte de réactivité ou de conductivité ionique, le mauvais contact entre les interfaces solides, etc.
Par conséquent, il existe un besoin pour le développement de nouveaux procédés de protection de la surface des électrodes métalliques. SOMMAIRE
Selon un aspect, la présente technologie concerne un procédé de préparation d’un matériau d’électrode négative comprenant un matériau électrochimiquement actif et une couche de revêtement comprenant un matériau de revêtement à base d’une structure organométallique calcinée lithiophile reposant sur une surface dudit matériau électrochimiquement actif, le procédé comprenant les étapes suivantes :
(i) mise en contact d’au moins un ligand organique avec au moins un précurseur de métal lithiophile afin d’obtenir une structure organométallique lithiophile;
(ii) calcination de la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) pour obtenir la structure organométallique lithiophile calcinée du matériau de revêtement; et
(iii) déposition du matériau de revêtement sur la surface du matériau électrochimiquement actif.
Dans un mode de réalisation, le métal lithiophile est choisi parmi Ag, Zn, Sn, Sb, Mg, Al, Ni, Cu, Co et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, le ligand organique est un ligand organique comprenant une fonction azotée, un ligand organique comprenant un carboxylate, ou un ligand organique mixte comprenant une fonction azotée et/ou un carboxylate. Selon un exemple, le ligand organique est l’acide 1 ,2,4,5-benzènetétracarboxylique ou l’acide 1 H- benzimidazole-6-carboxylique.
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 1 :
Formule 1. Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 2 : Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 3 :
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 4 :
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 5 :
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 6 : dans laquelle, ni et ri2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9. Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 7 :
Formule 7 dans laquelle, ni et n2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9.
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 8 :
Formule 8 dans laquelle, ni et n2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9.
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 9 :
Formule 9.
Dans un autre mode de réalisation, l’étape de calcination est effectuée à une température d’environ 500 °C à environ 1050 °C. Selon un exemple, l’étape de calcination est effectuée à une température d’environ 550 °C à environ 1000 °C.
Dans un autre mode de réalisation, l’étape de calcination est effectuée sous une atmosphère inerte. Selon un exemple, l’atmosphère inerte comprend un gaz choisi parmi l’argon, l’oxygène, l’azote, l’hélium, un gaz fluoré et un mélange comprenant au moins deux de ceux-ci. Selon un exemple d’intérêt, l’atmosphère inerte comprend de l’argon. Dans un autre mode de réalisation, l’étape de déposition est effectuée par au moins une méthode d’enduction à la racle (« doctor blade coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert (« comma coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert inversé (« reverse-comma coating » en anglais), une méthode d'impression telle que la gravure (« gravure coating » en anglais), une méthode d’enduction fente (« slot-die coating » en anglais), ou une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais). Selon un exemple, l’étape de déposition est effectuée par une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais).
Dans un autre mode de réalisation, ledit procédé comprend en outre une étape de déposition d’une seconde couche de revêtement.
Selon un exemple, l’étape de déposition de la seconde couche de revêtement est effectuée par au moins une méthode d’enduction à la racle (« doctor blade coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert (« comma coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert inversé (« reverse-comma coating » en anglais), une méthode d'impression telle que la gravure (« gravure coating » en anglais), une méthode d’enduction fente (« slot-die coating » en anglais), ou une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais). Selon un exemple d’intérêt, l’étape de déposition de la seconde couche de revêtement est effectuée par une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais).
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un matériau d’électrode négative obtenu selon le procédé tel qu’ici défini.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un matériau d’électrode négative comprenant un matériau électrochimiquement actif et une couche de revêtement comprenant un matériau de revêtement à base d’une structure organométallique calcinée lithiophile comprenant au moins un métal lithiophile et au moins un ligand organique au moins en partie calciné, ladite couche de revêtement reposant sur une surface dudit matériau électrochimiquement actif.
Dans un mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif comprend un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, un métal non-alcalin et non-alcalino-terreux ou un alliage comprenant au moins l’un de ceux-ci. Selon un exemple, le matériau électrochimiquement actif comprend un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou un alliage comprenant au moins un métal alcalin ou alcalino-terreux. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif comprend du lithium métallique ou un alliage incluant ou à base de lithium métallique. Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif comprend du nickel.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif est sous forme de film ayant une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d'environ 5 pm à environ 75 pm, ou allant d'environ 15 pm à environ 70 pm, ou allant d'environ 25 pm à environ 65 pm, ou allant d'environ 30 pm à environ 60 pm, ou allant d'environ 45 pm à environ 55 pm, bornes supérieure et inférieure incluses.
Dans un autre mode de réalisation, le métal lithiophile est choisi parmi Ag, Zn, Sn, Sb, Mg, Al, Ni, Cu, Co et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, le ligand organique est un ligand organique comprenant une fonction azotée, un ligand organique comprenant un carboxylate, ou un ligand organique mixte comprenant une fonction azotée et/ou un carboxylate. Selon un exemple, le ligand organique est l’acide 1 ,2,4,5-benzènetétracarboxylique ou l’acide 1 H- benzimidazole-6-carboxylique.
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 1 :
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 2 :
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 3 :
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 4 :
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 5 :
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 6 : dans laquelle, ni et n2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9.
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 7 :
Formule 7 dans laquelle, ni et n2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9.
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 8 :
Formule 8 dans laquelle, ni et n2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9.
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 9 :
Formule 9.
Dans un autre mode de réalisation, la structure organométallique calcinée lithiophile comprend en outre une source d’argent. Selon une variante d’intérêt, la source d’argent est un sel d’argent. Selon un exemple, le sel d’argent est le AgCI ou le AgNCh. Selon un autre exemple, le sel est présent dans un rapport métal lithiophile : argent compris dans l’intervalle allant d’environ 4:3 à environ 4:1, bornes supérieure et inférieure incluses.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau de revêtement comprend en outre un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant. Selon un exemple, l’électrolyte polymère solide est un copolymère d’oxyde d’éthylène et d’au moins un oxirane substitué comprenant une fonction réticulable. Selon un exemple, le copolymère comprend des unités basées sur l’oxyde d’éthylène et des unités -O-CH2- CHR, dans lesquelles R est un substituant comprenant un groupement fonctionnel réticulable par voie radicalaire et est indépendamment choisi d'une unité à l'autre. Par exemple, R' est un substituant étant exempt de groupements fonctionnels réticulables par voie radicalaire et est indépendamment choisi d'une unité à l'autre.
Selon un autre exemple, le copolymère possède un indice de polymolécularité (I = Mp/Mn) inférieur ou égal à 2,2 dans laquelle Mn est la masse moléculaire moyenne en nombre du copolymère et est supérieure ou égal à 20 000 et Mp est la masse moléculaire moyenne en poids.
Selon un autre exemple, le copolymère est réticulé.
Selon un autre exemple, le sel est un sel de lithium. Par exemple, le sel de lithium est choisi parmi le groupe constitué de l’hexafluorophosphate de lithium (LiPFe), du bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de lithium (LiTFSI), du bis(fluorosulfonyl)imidure de lithium (LiFSI), du 2-trifluorométhyl-4,5-dicyano-imidazolate de lithium (LiTDI), du 4,5- dicyano-1 ,2,3-triazolate de lithium (LiDCTA), du bis (pentafluoroéthylsulfonyl)imidure de lithium (LiBETI), du tétrafluoroborate de lithium (UBF4), du bis(oxalato) borate de lithium (LiBOB), du nitrate de lithium (UNO3), du chlorure de lithium (LiCI), du bromure de lithium (LiBr), du fluorure de lithium (LiF), du perchlorate de lithium (l_iCIC>4), de l’hexafluoroarsénate de lithium (LiAsFe), du trifluorométhanesulfonate de lithium (USO3CF3) (LiTf), du fluoroalkylphosphate de lithium Li[PF3(CF2CF3)3] (LiFAP), du tétrakis(trifluoroacétoxy)borate de lithium Li[B(OCOCF3)4] (LiTFAB), du bis(1 ,2- benzenediolato(2-)-O,O')borate de lithium Li[B(CeO2)2] (LiBBB) et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon une variante d’intérêt, le sel de lithium est le LiTFSI.
Dans un autre mode de réalisation, la couche de revêtement a une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d'environ 1 pm à environ 20 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 19 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 18 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 17 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 16 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 15 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 14 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 13 pm, ou allant d'environ 2 pm à environ 12 pm, bornes supérieure et inférieure incluses. Selon un exemple, l’épaisseur de la couche de revêtement est comprise dans l’intervalle allant d'environ 2 pm à environ 12 pm, bornes supérieure et inférieure incluses.
Dans un autre mode de réalisation, le matériau électrochimiquement actif est lubrifié.
Dans un autre mode de réalisation, la couche de revêtement est une première couche de revêtement et le matériau d’électrode comprend une seconde couche de matériau de revêtement.
Selon un exemple, la seconde couche de revêtement a une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d'environ 1 pm à environ 20 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 19 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 18 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 17 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 16 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 15 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 14 pm, ou allant d'environ 2 pm à environ 14 pm, bornes supérieure et inférieure incluses. Selon une variante d’intérêt, l’épaisseur de la seconde couche de revêtement est comprise dans l’intervalle allant d'environ 2 pm à environ 14 pm, bornes supérieure et inférieure incluses.
Selon un autre exemple, la seconde couche de revêtement comprend un polymère non réticulé.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un procédé de préparation d’un matériau d’électrode tel qu’ici défini, le procédé comprenant une étape de déposition de la couche de revêtement à base de structure organométallique calcinée lithiophile sur la surface du matériau électrochimiquement actif.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de déposition de la seconde couche de revêtement.
Dans un autre mode de réalisation, l’étape de déposition est effectuée par au moins une méthode d’enduction à la racle (« doctor blade coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert (« comma coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert inversé (« reverse-comma coating » en anglais), une méthode d'impression telle que la gravure (« gravure coating » en anglais), une méthode d’enduction fente (« slot-die coating » en anglais), ou une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais). Selon un exemple, l’étape de déposition est effectuée par une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais).
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la préparation de la couche de revêtement à base de structure organométallique calcinée lithiophile.
Selon un exemple, la préparation de la couche de revêtement à base de structure organométallique calcinée lithiophile comprend en outre une étape de préparation de la structure organométallique calcinée lithiophile. Par exemple, l’étape de préparation de la structure organométallique calcinée lithiophile comprend (i) une étape de mise en contact d’au moins un ligand organique avec au moins un précurseur de métal lithiophile afin d’obtenir une structure organométallique lithiophile, et (ii) une étape de calcination de la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) pour obtenir la structure organométallique lithiophile calcinée.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une électrode négative comprenant le matériau d'électrode tel qu’ici défini ou un matériau d’électrode obtenu selon le procédé tel qu’ici défini sur un collecteur de courant.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une électrode négative autosupportée comprenant le matériau d'électrode tel qu’ici défini ou un matériau d’électrode obtenu selon le procédé 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 l'électrode négative est telle qu’ici définie ou comprend un matériau d'électrode tel qu’ici défini.
Dans un mode de réalisation, l’électrode positive comprend un matériau électrochimiquement actif 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.
Selon un 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 autre exemple, le métal du 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).
Selon un autre exemple, le matériau électrochimiquement actif est un phosphate de métal et de lithium. Par exemple, le phosphate de métal et de lithium est le LiFePCL.
Dans un autre mode de réalisation, l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant. Selon une alternative, l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant. Selon une autre alternative, l'électrolyte est un électrolyte gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant. Selon un exemple, le sel est un sel de lithium. Par exemple, le sel de lithium est choisi parmi le groupe constitué de l’hexafluorophosphate de lithium (LiPFe), du bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de lithium (LiTFSI), du bis(fluorosulfonyl)imidure de lithium (LiFSI), du 2-trifluorométhyl-4,5-dicyano-imidazolate de lithium (LiTDI), du 4,5- dicyano-1 ,2,3-triazolate de lithium (LiDCTA), du bis (pentafluoroéthylsulfonyl)imidure de lithium (LiBETI), du tétrafluoroborate de lithium (UBF4), du bis(oxalato) borate de lithium (LiBOB), du nitrate de lithium (UNO3), du chlorure de lithium (LiCI), du bromure de lithium (LiBr), du fluorure de lithium (LiF), du perchlorate de lithium (l_iCIC>4), de l’hexafluoroarsénate de lithium (LiAsFe), du trifluorométhanesulfonate de lithium (USO3CF3) (LiTf), du fluoroalkylphosphate de lithium Li[PF3(CF2CF3)3] (LiFAP), du tétrakis(trifluoroacétoxy)borate de lithium Li[B(OCOCF3)4] (LiTFAB), du bis(1 ,2- benzenediolato(2-)-O,O')borate de lithium Li[B(CeO2)2] (LiBBB) et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. Selon une variante d’intérêt, le sel de lithium est le LiTFSI.
Selon un autre aspect, la présente technologie concerne une batterie comprenant au moins une cellule électrochimique telle qu’ici définie.
Dans un mode de réalisation, ladite batterie est choisie dans 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 potassium, d’une batterie potassium-ion, d’une batterie au magnésium, et d’une batterie magnésium-ion. Selon une variante d’intérêt, ladite batterie est une batterie au lithium. Selon une autre variante d’intérêt, ladite batterie est une batterie lithium-ion.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
La Figure 1 présente des résultats d’analyses thermogravimétriques en (A) pour le MOF 1 , en (B) pour le MOF 2, en (C) pour le MOF 3 (ligne pleine) et le MOF 4 (ligne discontinue), et en (D) pour le MOF 5, tels que décrits à l'Exemple 1(b).
La Figure 2 montre des images de particules de MOF 1 obtenues par microscopie électronique à balayage (MEB) à différents grossissements, telles que décrites à l'Exemple 1 (c).
La Figure 3 montre des images de particules de MOF 2 obtenues par MEB à différents grossissements, telles que décrites à l'Exemple 1(c).
La Figure 4 montre des images de particules de MOF 3 obtenues par MEB à différents grossissements, telles que décrites à l'Exemple 1(c).
La Figure 5 montre des images de particules de MOF 4 obtenues par MEB à différents grossissements, telles que décrites à l'Exemple 1(c).
La Figure 6 montre des images de particules de MOF 5 obtenues par MEB à différents grossissements, telles que décrites à l'Exemple 1(c).
La Figure 7 montre en (A) une image obtenue par MEB de particules de MOF 1 et en (B) à (D) des images de cartographie obtenues par spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDS) des éléments respectivement C, O et Ou, telles que décrites à l'Exemple 1 (d).
La Figure 8 montre en (A) une image obtenue par MEB de particules de MOF 2 et en (B) à (D) des images de cartographie obtenues par EDS des éléments respectivement Ni, C et O, telles que décrites à l'Exemple 1(d).
La Figure 9 montre en (A) une image obtenue par MEB de particules de MOF 3 et en (B) à (D) des images de cartographie obtenues par EDS des éléments respectivement O, C et Zn, telles que décrites à l'Exemple 1(d). La Figure 10 montre en (A) une image obtenue par MEB de particules de MOF 4 et en (B) à (D) des images de cartographie obtenues par EDS des éléments respectivement C, O et Zn, telles que décrites à l'Exemple 1(d).
La Figure 11 présente des résultats d’analyses thermogravimétriques en (A) pour le MOF 6, en (B) pour le MOF 7, et en (C) pour les MOFs 8 à 10, tels que décrits à l'Exemple 2(b).
La Figure 12 montre des spectres Raman obtenus pour les MOFs 6, 7 et 10, tels que décrits à l'Exemple 2(c).
La Figure 13 montre des spectres Raman obtenus pour les MOFs 8 et 9, tels que décrits à l'Exemple 2(c).
La Figure 14 montre en (A) un graphique du volume d’azote adsorbé par gramme d’échantillon en fonction de la pression relative d’azote (P/Po), en (B) un graphique de la distribution des volumes poreux en fonction de la largeur des pores, en (C) un graphique de la surface spécifique en fonction de la largeur des pores, et en (D) un graphique du volume poreux total en fonction de la largeur des pores obtenus pour le MOF 6, tels que décrits à l'Exemple 2(d).
La Figure 15 montre en (A) un graphique du volume d’azote adsorbé par gramme d’échantillon en fonction de la pression relative d’azote (P/Po), en (B) un graphique de la distribution des volumes poreux en fonction de la largeur des pores, en (C) un graphique de la surface spécifique en fonction de la largeur des pores, et en (D) un graphique du volume poreux total en fonction de la largeur des pores obtenus pour le MOF 7, tels que décrits à l'Exemple 2(d).
La Figure 16 montre en (A) un graphique du volume d’azote adsorbé par gramme d’échantillon en fonction de la pression relative d’azote (P/Po), en (B) un graphique de la distribution des volumes poreux en fonction de la largeur des pores, en (C) un graphique de la surface spécifique en fonction de la largeur des pores, et en (D) un graphique du volume poreux total en fonction de la largeur des pores obtenus pour le MOF 8 (♦), le MOF 9 (★) et le MOF 10 (■), tels que décrits à l'Exemple 2(d).
La Figure 17 montre des images obtenues par microscopie électronique à transmission (MET) pour le MOF 6, telles que décrites à l'Exemple 2(e). La Figure 18 montre en (A) à (C) des images obtenues par MET du MOF 6, en (D) une image de cartographie EDS du Cu et en (E) un graphique présentant les résultats de l’analyse EDS obtenus pour la zone délimitée en (D), tels que décrits à l'Exemple 2(e).
La Figure 19 montre des images obtenues par MET pour le MOF 6, telles que décrites à l'Exemple 2(e).
La Figure 20 montre en (A) à (C) des images obtenues par MET du MOF 6, en (D) une image de cartographie EDS du Cu, en (E) une image de cartographie EDS du C (rouge) et du Cu (vert), et en (F) un graphique présentant les résultats de l’analyse EDS obtenus pour la zone délimitée en (D) et (E), tels que décrits à l'Exemple 2(e).
La Figure 21 montre des images obtenues par MET pour le MOF 6, telles que décrites à l'Exemple 2(e).
La Figure 22 montre des images obtenues par MET pour le MOF 6, telles que décrites à l'Exemple 2(e).
La Figure 23 montre en (A) à (C) des images obtenues par MET du MOF 7, en (D) une image de cartographie EDS du Ni, et en (E) et (F) des graphiques présentant les résultats de l’analyse EDS obtenus pour la zone délimitée en (D), tels que décrits à l'Exemple 2(e).
La Figure 24 montre des images obtenues par MET pour le MOF 7, telles que décrites à l'Exemple 2(e).
La Figure 25 montre des images obtenues par MET pour le MOF 7, telles que décrites à l'Exemple 2(e).
La Figure 26 montre en (A) et (B) des images obtenues par MET pour le MOF 10, et en (C) les résultats de l’analyse EDS correspondante, tels que décrits à l'Exemple 2(e).
La Figure 27 montre en (A) et (B) des images obtenues par MET pour le MOF 10, et en (C) une image de cartographie EDS du Zn, telles que décrites à l'Exemple 2(e).
La Figure 28 montre en (A) une image obtenue par MET pour le MOF 10, en (B) une image de cartographie EDS du Zn, et en (C) un graphique présentant les résultats de l’analyse EDS obtenus pour la zone délimitée en (B), tels que décrits à l'Exemple 2(e). La Figure 29 montre en (A) une image obtenue par MET pour le MOF 9, en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du Zn, C, O et Si, et en (F) les résultats de l’analyse EDS correspondante obtenus pour les deux zones délimitées en (A) à (E), tels que décrits à [Exemple 2(e).
La Figure 30 montre en (A) à (C) des images obtenues par MET pour le MOF 9, en (D) à (G) des images de cartographie EDS respectivement du Zn, O, C et Si, et en (H) les résultats de l’analyse EDS correspondante obtenus pour les deux zones délimitées en (C) à (G), tels que décrits à [Exemple 2(e).
La Figure 31 montre en (A) et (B) des images obtenues par MET pour le MOF 9, en (C) à (F) les résultats de l’analyse EDS correspondante obtenus pour les deux zones indiquées par des flèches en (B), tels que décrits à [Exemple 2(e).
La Figure 32 montre des images obtenues par MET pour le MOF 9, telles que décrites à [Exemple 2(e).
La Figure 33 montre des images obtenues par MET pour le MOF 8, telles que décrites à [Exemple 2(e).
La Figure 34 montre en (A) une image obtenue par MET pour le MOF 8, en (B) à (D) des images de cartographie EDS respectivement du Zn, C et O, et en (E) les résultats de l’analyse EDS correspondante obtenus pour la zone délimitée en (A) à (D), tels que décrits à [Exemple 2(e).
La Figure 35 montre en (A) et (C) des images obtenues par MET pour le MOF 8, en (D) à (F) des images de cartographie EDS respectivement du Zn, C et O, et en (G) les résultats de l’analyse EDS correspondante obtenus pour la zone délimitée en (C) à (F), tels que décrits à [Exemple 2(e).
La Figure 36 montre en (A) et (C) des images obtenues par MET pour le MOF 8, et en (D) les résultats de l’analyse EDS obtenus pour les deux zones indiquées par des flèches sur l’image MET correspondante également montrée en (D), tels que décrits à [Exemple 2(e).
La Figure 37 montre en (A) une image obtenue par MET pour le MOF 8, en (B) à (D) des images de cartographie EDS respectivement du Zn, C et O, et en (E) et (F) les résultats de l’analyse EDS correspondante obtenus respectivement pour les zones 1 et 2 délimitées en (A) à (D), tels que décrits à l'Exemple 2(e).
La Figure 38 montre des images obtenues par MET pour le MOF 8, telles que décrites à l'Exemple 2(e).
La Figure 39 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 8 en (A) avant broyage, en (B) après environ 5 minutes de broyage, et en (C) après deux fois environ 5 minutes de broyage, telles que décrites à l'Exemple 2(f).
La Figure 40 montre en (A) une image obtenue par MET pour le MOF 8 après deux fois environ 5 minutes de broyage, et en (B) et (C) des images de cartographie EDS respectivement du C et Zn, telles que décrites à l'Exemple 2(f).
La Figure 41 présente des résultats d’analyses thermogravimétriques en (A) pour le MOF 11 , en (B) pour le MOF 12, en (C) pour le MOF 13, en (D) pour le MOF 14, et (E) pour le MOF 15, tels que décrits à l'Exemple 3(b).
La Figure 42 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 11 , telles que décrites à l'Exemple 3(c).
La Figure 43 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 12, telles que décrites à l'Exemple 3(c).
La Figure 44 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 13, telles que décrites à l'Exemple 3(c).
La Figure 45 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 14, telles que décrites à l'Exemple 3(c).
La Figure 46 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 15, telles que décrites à l'Exemple 3(c).
La Figure 47 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 11 , et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du C, Zn, Ou et O, telles que décrites à l'Exemple 3(d). La Figure 48 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 11 , et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du Zn, C, O et Cu, telles que décrites à l'Exemple 3(d).
La Figure 49 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 13, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du Zn, C, O et Cu, telles que décrites à l'Exemple 3(d).
La Figure 50 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 14, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du C, O, Cu et Zn, telles que décrites à l'Exemple 3(d).
La Figure 51 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 15, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du Zn, C, O et Cu, telles que décrites à l'Exemple 3(d).
La Figure 52 présente des résultats d’analyses thermogravimétriques en (A) pour le MOF 11 , en (B) pour le MOF 12, et en (C) pour le MOF 13, tels que décrits à l'Exemple 3(e).
La Figure 53 montre en (A) et (B) des images obtenues par MEB pour un MOF ayant été calciné à une température d’environ 1000 °C et ayant été broyé, et en (C) les résultats de l’analyse EDS correspondante, tels que décrits à l'Exemple 3(f).
La Figure 54 présente des résultats d’analyses thermogravimétriques en (A) pour le MOF 16, en (B) pour le MOF 17, en (C) pour le MOF 18, et en (D) pour le MOF 19, tels que décrits à l'Exemple 4(b).
La Figure 55 montre en (A) une isotherme d’adsorption/désorption d’azote, en (B) un graphique de la distribution des volumes poreux en fonction de la largeur des pores, en (C) un graphique de la surface spécifique en fonction de la largeur des pores, et en (D) un graphique du volume poreux total en fonction de la largeur des pores obtenus pour les MOFs 16 (■), 17 (A), 18 (•) et 19 (★), tels que décrits à l'Exemple 4(c).
La Figure 56 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 16, telles que décrites à l'Exemple 4(d). La Figure 57 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 17, telles que décrites à l'Exemple 4(d).
La Figure 58 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 18, telles que décrites à l'Exemple 4(d).
La Figure 59 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 19, telles que décrites à l'Exemple 4(d).
La Figure 60 montre en (A) une image MEB obtenue pour le MOF 16, et en (B) des graphiques présentant les résultats de l’analyse EDS obtenus pour les zones délimitées en (A), tels que décrits à l'Exemple 4(e).
La Figure 61 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 17, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du C, Ag, O et Zn, telles que décrites à l'Exemple 4(e).
La Figure 62 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 18, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du C, O, Ag et Zn, telles que décrites à l'Exemple 4(e).
La Figure 63 présente des résultats d’analyses thermogravimétriques en (A) pour le MOF 20, et en (B) pour le MOF 21 , tels que décrits à l'Exemple 5(b).
La Figure 64 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 20, telles que décrits à l'Exemple 5(c).
La Figure 65 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 21 avant et après calcination à une température d’environ 750 °C, telles que décrites à l'Exemple 5(c).
La Figure 66 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 22 avant et après calcination à une température d’environ 1000 °C, telles que décrites à l'Exemple 5(c).
La Figure 67 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 21 avant calcination, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du O, Mg, C et Zn, telles que décrites à l'Exemple 5(d). La Figure 68 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 21 après calcination à une température d’environ 750 °C, en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du Zn, Mg, C et O, et en (F) les résultats de l’analyse EDS correspondante, tels que décrits à [Exemple 5(d).
La Figure 69 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 22 avant calcination, et en (B) à (F) des images de cartographie EDS respectivement du C, O, Ir, Zn et Mg, telles que décrites à [Exemple 5(d).
La Figure 70 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 22 après calcination à une température d’environ 1000 °C, en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du C, O, Mg et Zn, et en (F) les résultats de l’analyse EDS correspondante, tels que décrits à [Exemple 5(d).
La Figure 71 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 23, telles que décrites à [Exemple 6(b).
La Figure 72 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 24, telles que décrites à [Exemple 6(b).
La Figure 73 montre en (A) une image obtenue par MET pour le MOF 23, en (B) à (D) des images de cartographie EDS respectivement du C, O et Mg, et en (E) les résultats de l’analyse EDS correspondante, tels que décrits à [Exemple 6(c).
La Figure 74 montre en (A) une image obtenue par MET pour le MOF 24, en (B) à (D) des images de cartographie EDS respectivement du C, O et Mg, et en (E) les résultats de l’analyse EDS correspondante, tels que décrits à [Exemple 6(c).
La Figure 75 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 25, telles que décrites à [Exemple 7(b).
La Figure 76 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 26, telles que décrites à [Exemple 7(b).
La Figure 77 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 27, telles que décrites à [Exemple 7(b). La Figure 78 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 28, telles que décrites à l'Exemple 7(b).
La Figure 79 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 29, telles que décrites à l'Exemple 7(b).
La Figure 80 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 30, telles que décrites à l'Exemple 7(b).
La Figure 81 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 25, et en (B) à (D) des images de cartographie EDS respectivement du C, O et Sb, telles que décrites à l'Exemple 7(c).
La Figure 82 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 26, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du C, O, Zn et Sb, telles que décrites à l'Exemple 7(c).
La Figure 83 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 27, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du C, O, Zn et Sb, telles que décrites à l'Exemple 7(c).
La Figure 84 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 28, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du C, O, Zn et Sb, telles que décrites à l'Exemple 7(c).
La Figure 85 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 29, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du C, O, Sb et Zn, telles que décrites à l'Exemple 7(c).
La Figure 86 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 30, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du C, O, Sb et Zn, telles que décrites à l'Exemple 7(c).
La Figure 87 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 31 , telles que décrites à l'Exemple 8(b).
La Figure 88 montre des images obtenues par MEB pour le MOF 32 avant calcination, telles que décrite à l'Exemple 8(b). La Figure 89 montre une image obtenue par MEB pour le MOF 32 après calcination à une température d’environ 1000 °C, telle que décrite à l'Exemple 8(b).
La Figure 90 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 31 , et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du Ag, Zn, N et O, telles que décrites à l'Exemple 8(c).
La Figure 91 montre en (A) une image obtenue par MEB pour le MOF 32 avant calcination, et en (B) à (E) des images de cartographie EDS respectivement du Zn, Ag, N et O, telles que décrites à l'Exemple 8(c).
La Figure 92 montre en (A) une image MEB obtenue pour le MOF 32 après calcination à une température d’environ 1000 °C ainsi qu’une cartographie EDS du C (rouge) et Ag (vert), et en (B) et (C) des images de cartographie EDS respectivement du Ag et C obtenues pour les zones délimitées en (A), telles que décrites à l'Exemple 8(c).
La Figure 93 montre les résultats de l’analyse EDS pour le MOF 32 après calcination à une température d’environ 1000 °C obtenus en (A) pour la somme des spectres, en (B) pour le Spectre 14, et en (C) pour le Spectre 15), tels que décrits à l'Exemple 8(c).
La Figure 94 montre un graphique de la capacité en fonction du nombre de cycles obtenu à des courants de charge et de décharge de C/6, C/4, C/3, C/2 et 1 C pour les Cellules 8 (A ) et 9 (▼) et les Références 3 (■) et 4 (•), tel que décrit à l'Exemple 9(c).
La Figure 95 montre des images obtenues par MEB pour la Couche 1 , telles que décrites à l'Exemple 10(b).
La Figure 96 montre une image obtenue par MEB pour la Couche 2, telle que décrite à l'Exemple 10(b).
La Figure 97 montre en (A) une image MEB obtenue pour la Couche 1 ainsi qu’une cartographie EDS du Zn (bleu), Cu (vert) et Al (rouge), et en (B) et (C) des images de cartographie EDS respectivement du Cu et Zn obtenues pour la zone délimitée en (A), telles que décrites à l'Exemple 10(c).
La Figure 98 montre en (A) une image MEB obtenue pour la Couche 2, en (B) une image MEB ainsi qu’une cartographie EDS du Cu (rose), Al (bleu), O (vert) et C (rouge) obtenues pour la Couche 2, et en (C) et (D) respectivement des images de cartographie EDS du Cu et C obtenues pour la zone délimitée en (A) et (B), telles que décrites à l'Exemple 10(c).
La Figure 99 montre en (A) une image MEB obtenue pour la Couche 2 ainsi qu’une cartographie EDS du O (vert) et C (rouge), et en (B) et (C) des images de cartographie EDS respectivement du C et O obtenues pour la zone délimitée en (A), telles que décrites à l'Exemple 10(c).
La Figure 100 montre un graphique de la capacité en fonction du nombre de cycles obtenue à des courants de charge et de décharge de C/6, C/4, C/3, C/2 et 1 C pour les Cellules 10 (■), 11 (•), 12 (A) et 13 (▼) et les Références 5 (★) et 6 (•), tel que décrit à l'Exemple 10(d).
La Figure 101 montre un graphique de l’efficacité coulombique en fonction du nombre de cycles obtenu pour les Cellules 10 (■), 11 (•), 12 (A ) et 13 (▼) et les Références 5 (★) et 6 (•), tel que décrit à l'Exemple 10(d).
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.
L’expression « électrode autosupportée » 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.
Le terme « aromatique » réfère à un groupement aromatique possédant 4n+2 électrons Tr(pi) conjugués dans lequel n est un nombre de 1 à 3, dans un groupe monocyclique, ou un système bicyclique ou tricyclique fusionné possédant un total de 6 à 15 membres de cycle, dans lesquels au moins l’un des cycles d’un système est aromatique.
La présente technologie concerne la formation d’une couche de matériau de revêtement sur un matériau d’électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif. Ce matériau de revêtement comprend une structure organométallique (« Metal Organic Framework, MOF » en anglais) formant un réseau d’au moins un métal lithiophile et au moins un ligand organique. La structure organométallique du revêtement est calcinée, de préférence avant son application sur le film d’électrode. L’électrode est préférablement une électrode négative.
La présente technologie concerne donc un matériau d’électrode comprenant un matériau électrochimiquement actif et une couche de revêtement comprenant un matériau de revêtement à base d’une structure organométallique calcinée lithiophile comprenant au moins un métal lithiophile et au moins un ligand organique au moins en partie calciné, ladite couche de revêtement reposant sur une surface dudit matériau électrochimiquement actif. Le matériau électrochimiquement actif peut comprendre un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, un métal non-alcalin et non-alcalino-terreux ou un alliage comprenant au moins l’un de ceux-ci, par exemple, sous forme de film métallique. De préférence, le matériau électrochimiquement actif comprend un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou un alliage comprenant au moins un métal alcalin ou alcalino-terreux. Par exemple, le matériau électrochimiquement actif comprend du lithium métallique ou un alliage incluant ou à base de lithium métallique. Le matériau électrochimiquement actif peut aussi comprendre du nickel. Selon un exemple, le matériau électrochimiquement actif est un film de métal lubrifié.
Lorsque le matériau électrochimiquement actif est sous forme de film, celui-ci peut avoir une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d'environ 5 pm à environ 75 pm, ou allant d'environ 15 pm à environ 70 pm, ou allant d'environ 25 pm à environ 65 pm, ou allant d'environ 30 pm à environ 60 pm, ou allant d'environ 45 pm à environ 55 pm, bornes supérieure et inférieure incluses.
La structure organométallique comprend un métal lithiophile. Tout métal lithiophile compatible connu est envisagé. Des exemples non limitatifs de métaux lithiophiles comprennent Ag, Zn, Sn, Sb, Mg, Al, Ni, Cu, Co et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci. Après calcination, le métal lithiophile peut être présent dans la structure organométallique calcinée lithiophile, par exemple, sous forme élémentaire, d’oxyde métallique, de nitrure métallique, et/ou de flurorure métallique. Par exemple, la forme sous laquelle le métal lithiophile est présent dans la structure organométallique calcinée lithiophile peut varier selon le gaz ou le mélange de gaz présent dans l’atmosphère utilisé lors de la calcination de la structure organométallique lithiophile.
Le ligand organique avant calcination est généralement un composé organique comprenant au moins deux fonctions pouvant former un lien (par exemple, ionique, covalent, etc.) avec le métal lithiophile. Chacune de ces fonctions comprend généralement au moins un hétéroatome (par exemple, N, O, S, P, etc.). Par exemple, le ligand organique est un ligand organique comprenant une fonction azotée, un ligand organique comprenant un carboxylate, ou un ligand organique mixte comprenant une fonction azotée et/ou carboxylate. Par exemple, le ligand comprend au moins deux, ou au moins trois, ou au moins quatre groupements carboxylates, de préférence, liés par un groupement aromatique ou polyaromatique (tel que l’acide 1 ,2,4,5-benzènetétracarboxylique). Dans l’alternative, le ligand comprend au moins un groupement carboxylate et une fonction azotée liés par ou faisant partie d’un groupement aromatique (tel que l’acide 1 H- benzimidazole-6-carboxylique). Tout type de ligand organique compatible formant une structure répétitive avec un métal lithiophile est envisagé. Des exemples non-limitatifs de structures organométalliques lithiophiles (avant calcination) comprennent les Formules 1 à 9 ou l’un de leurs isomères de position : dans lesquelles ni et n2, lorsque présents, désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9.
Certaines des structures organométalliques calcinées lithiophiles peuvent aussi comprendre en outre une source de métal, par exemple, une source d’argent. Selon un exemple, la source d’argent est un sel d’argent comme le chlorure d'argent (AgCI) ou le nitrate d'argent (AgNCh). Lorsqu’un sel d’argent est inclus, celui-ci peut être présent dans un rapport métal lithiophile : argent compris dans l’intervalle allant d’environ 1 :1 à environ 5:1 , ou d’environ 4:3 à environ 4:1 , bornes supérieure et inférieure incluses.
Le matériau de revêtement peut aussi comprendre d’autres éléments, comme un polymère d’électrolyte solide préférablement réticulé. Celui-ci peut d’ailleurs être composé d’un sel dans un polymère solvatant. L’électrolyte polymère solide compris dans le matériau de revêtement peut alors être un copolymère d’oxyde d’éthylène et d’au moins un oxirane substitué comprenant une fonction réticulable.
Selon un exemple, le copolymère comprend des unités basées sur l’oxyde d’éthylène et des unités -O-CH2-CHR-, dans lesquelles R est un substituant comprenant un groupement fonctionnel réticulable, par exemple par voie radicalaire, et est indépendamment choisi d'une unité à l'autre. Le copolymère peut aussi comprendre en outre des unités -O-CH2-CHR-, dans lesquelles R' est un substituant étant exempt de groupements fonctionnels réticulables par voie radicalaire et est indépendamment choisi d'une unité à l'autre.
Selon certains exemples, le copolymère possède un indice de polymolécularité (I = Mp/Mn) inférieur ou égal à 2,2 dans laquelle Mn est la masse moléculaire moyenne en nombre du copolymère et est supérieure ou égal à 20 000 et Mp est la masse moléculaire moyenne en poids. Par exemple, l’indice de polymolécularité peut être déterminé par chromatographie d'exclusion stérique (« Size Exclusion Chromatography, SEC » en anglais).
Le sel compris dans l’électrolyte polymère solide du matériau de revêtement est de préférence un sel de lithium. Des exemples non limitatifs de sels de lithium comprennent 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 tétrafluoroborate de lithium (UBF4), 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)4] (LiTFAB), le bis(1 ,2- benzenediolato(2-)-O,O')borate de lithium Li[B(CeO2)2] (LiBBB) ou d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci. De préférence, le sel de lithium comprend du LiTFSI.
La couche de revêtement peut avoir une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d'environ 1 pm à environ 20 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 19 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 18 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 17 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 16 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 15 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 14 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 13 pm, ou allant d'environ 2 pm à environ 12 pm, bornes supérieure et inférieure incluses, de préférence dans l’intervalle allant d'environ 2 pm à environ 12 pm, bornes supérieure et inférieure incluses.
Selon un autre exemple, la couche de revêtement est une première couche de revêtement et le matériau d’électrode comprend une seconde couche de matériau de revêtement, par exemple, la seconde couche de revêtement peut avoir une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d'environ 1 pm à environ 20 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 19 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 18 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 17 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 16 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 15 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 14 pm, ou allant d'environ 2 pm à environ 14 pm, bornes supérieure et inférieure incluses, de préférence dans l’intervalle allant d'environ 2 pm à environ 14 pm, bornes supérieure et inférieure incluses. De préférence, la deuxième couche de revêtement comprend un polymère, comme un polymère d’électrolyte solide, non réticulé.
Le matériau d’électrode tel qu’ici défini est généralement préparé par un procédé comprenant une étape de déposition de la couche de revêtement à base de structures organométalliques calcinées lithiophiles sur la surface du matériau électrochimiquement actif. Selon certains exemples, le procédé comprend en outre une étape de déposition de la seconde couche de revêtement. L’étape (ou les étapes) de déposition peut (peuvent) être effectuée (effectuées) par au moins une méthode d’enduction à la racle (« doctor blade coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert (« comma coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert inversé (« reverse- comma coating » en anglais), une méthode d'impression telle que la gravure (« gravure coating » en anglais), une méthode d’enduction fente (« slot-die coating » en anglais), ou une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais). De préférence, l’étape (ou les étapes) de déposition est (sont) effectuée (effectuées) par une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais).
Le procédé peut aussi comprendre en outre la préparation du matériau de revêtement à base de structures organométalliques calcinées lithiophiles, par exemple, comprenant la préparation des structures organométalliques calcinées lithiophiles. Par exemple, la préparation des structures organométalliques calcinées lithiophiles comprend une étape de mise en contact d’au moins un ligand organique avec au moins un précurseur de métal lithiophile afin d’obtenir une structure organométallique lithiophile, et une étape de calcination de la structure organométallique lithiophile pour obtenir la structure organométallique lithiophile calcinée. Par exemple, l’étape de calcination est effectuée à une température comprise dans l’intervalle allant d’environ 500 °C à environ 1050 °C, bornes supérieure et inférieure incluses, de préférence dans l’intervalle allant d’environ 550 °C à environ 1000 °C, bornes supérieure et inférieure incluses. L’étape de calcination peut être effectuée sous une atmosphère inerte comprenant, par exemple, un gaz choisi parmi l’argon, l’azote, l’hélium, un gaz fluoré et un mélange comprenant au moins un de ceux-ci. De préférence, le gaz de l’atmosphère inerte comprend de l’argon.
Le présent matériau d’électrode est utilisé dans la fabrication d’électrodes, par exemple, d’électrode négative. Par exemple, une électrode négative telle qu’ici envisagée comprend le matériau d'électrode tel qu’ici défini ou le matériau d’électrode obtenu selon le procédé défini ci-dessus, avec ou sans collecteur de courant (autosupportée).
Une cellule électrochimique comprenant le présent matériau d’électrode ou l’électrode négative ci-dessus est aussi envisagée. Cette cellule électrochimique comprend, par exemple, une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle l'électrode négative est telle que définie ci-dessus ou comprend un matériau d'électrode tel qu’ici défini.
L’électrode positive comprend un matériau électrochimiquement actif. Des exemples de matériaux électrochimiquement actifs de l’électrode positive comprennent 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 lorsque compatibles. 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. Le métal peut comprend en outre un métal alcalin ou alcalino-terreux choisi parmi le lithium (Li), le sodium (Na), le potassium (K) et le magnésium (Mg). Selon un exemple, le matériau électrochimiquement actif de l’électrode positive est un phosphate de métal et de lithium, tel que le LiFePCL.
L’électrolyte de la cellule électrochimique est de préférence un électrolyte solide, par exemple, un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant lesquels peuvent être tels que définis pour le matériau de revêtement.
Le présent document se rapporte aussi aux accumulateurs électrochimiques ou batteries comprenant au moins une cellule électrochimique telle qu’ici définie. Par exemple, la batterie est choisie dans 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 potassium, d’une batterie potassium-ion, d’une batterie au magnésium, et d’une batterie magnésium-ion, de préférence, une batterie au lithium ou lithium-ion.
La présente technologie comprend également l’utilisation des présents accumulateurs électrochimiques ou batteries, entre autres, dans des appareils nomades (tels que les téléphones portables, les appareils photo, les tablettes ou les ordinateurs portables), dans des véhicules électriques ou hybrides, ou dans le stockage d’énergie renouvelable.
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 et caractérisation de MOFs lithiophiles à base de cations métalliques liés à des ligands aromatiques polycarboxylates a) Préparation de MOFs lithiophiles
Des MOFs lithiophiles à base de cations métalliques (M = Cu2+, N i2+, Zn2+ ou Co2+) ont été préparés à partir d’acide 1 ,2,4,5-benzènetétracarboxylique (FLbtec) et d’au moins un sel métallique ou d’un composé métallique (par exemple, l’acétate de cuivre(ll) (Cu(OAc)2), le carbonate de nickel(ll) (NiCOs), l’oxyde de zinc (ZnO) ou le carbonate de cobalt(ll) (CoCOs)). Les MOFs préparés au présent exemple sont présentés dans le Tableau 1.
Tableau 1. Formules des MOFs préparés au présent exemple b) Caractérisation des MOFs lithiophiles par analyse thermogravimétrique (ATG)
Les MOFs préparés à l'Exemple 1(a) ont été caractérisés par analyse thermogravimétrique afin d’évaluer leur stabilité thermique et leur processus de conversion. Les analyses thermogravimétriques ont été effectuées sous un débit d’air constant de 100 mL/min dans un intervalle de températures allant d’environ 30 °C à environ 1000 °C et à une vitesse de montée en température de 5 °C/min. Les résultats des analyses thermogravimétriques obtenus pour les MOFs 1 à 5 sont présentés à la Figure 1 et résumés dans le Tableau 2.
Tableau 2. Résumé des analyses thermogravimétriques (MOFs 1 à 5) La Figure 1 (A) montre une première perte de masse à une température inférieure 100 °C pouvant être attribuée à l’élimination de l’eau, une seconde perte de masse à partir d’une température d’environ 150 °C pouvant être attribuée à la décomposition de molécules d'eau coordonnées et une troisième perte de masse pouvant être attribuée à la décomposition du ligand organique débutant à une température d’environ 250 °C.
La Figure 1 (B) montre une première perte de masse à une température inférieure 150 °C pouvant être attribuée à l’élimination de l’eau et une seconde perte de masse pouvant être attribuée à la décomposition du ligand organique débutant à une température d’environ 360 °C.
La Figure 1(C) montre une première perte de masse à une température inférieure 100 °C pouvant être attribuée à l’élimination de l’eau et une seconde perte de masse pouvant être attribuée à la décomposition du ligand organique débutant à une température d’environ 450 °C.
La Figure 1(D) montre une première perte de masse à une température inférieure 250 °C pouvant être attribuée à l’élimination de l’eau et une seconde perte de masse pouvant être attribuée à la décomposition du ligand organique débutant à une température d’environ 350 °C. c) Caractérisation des MOFs lithiophiles par MEB
Les MOFs préparés à l'Exemple 1 (a) ont été imagés à l'aide d'un microscope électronique à balayage (MEB) muni d’un détecteur d’électrons secondaires (« secondary electron, SE » en anglais) pour mettre en évidence la topographie et la morphologie et d’un détecteur d’électrons rétrodiffusés (« backscattered Electron, BSE » en anglais) pour l’étude du contraste chimique ou uniquement d’un détecteur BSE lorsqu’indiqué. Toutes les images MEB ont été obtenues à une tension d'accélération de 10,0 kV. Les images obtenues pour les MOFs 1 à 5 sont présentées aux Figures 2 à 6 et résumées dans le Tableau 3.
Tableau 3. Résumé des images MEB obtenues pour les MOFs 1 à 5
Il est possible d’observer aux Figures 2 et 3 que les particules des MOFs 1 et 2 possèdent une morphologie substantiellement allongée en forme de bâtonnet ayant un diamètre allant d’environ 2 pm à environ 30 pm.
Les Figures 4 et 5 montrent que les particules des MOFs 3 et 4 ont une morphologie variable et possèdent un diamètre compris dans l’intervalle allant d’environ 20 pm à environ 200 pm, bornes supérieures et inférieures incluses.
La Figure 6 montre des images MEB obtenues en (A) avec un détecteur SE et un détecteur BSE, et en (B) avec un détecteur BSE. Il est possible d’observer que les particules de MOF 5 possèdent une morphologie variable ayant un diamètre allant d’environ 20 pm à environ 100 pm. d) Caractérisation des MOFs lithiophiles par EDS
L'analyse élémentaire ou la caractérisation chimique des MOFs préparés à l'Exemple 1(a) a été effectuée à l'aide d'un MEB équipé d’un détecteur de rayons X pour analyse EDS. Les Figures 7 à 10 montrent en (A) des images MEB des éléments respectivement pour les MOFs 1 à 4, et en (B) à (D) les images de cartographie EDS correspondantes. Les images obtenues de cartographie EDS sont résumées dans le Tableau 4
Tableau 4. Résumé des images EDS obtenues pour les MOFs 1 à 4 Les images de cartographie EDS des Figures 7 à 10 permettent d’observer que la composition des particules des MOFs 1 à 4 est substantiellement homogène au niveau des éléments.
Exemple 2 - Préparation et caractérisation de MOFs lithiophiles calcinés à base de cations métalliques liés à des ligands aromatiques polycarboxylates a) Préparation des MOFs lithiophiles calcinés
Des MOFs calcinés à base de cations métalliques liés à des ligands aromatiques polycarboxylates ont été préparés à partir de cations métalliques (M = Cu2+, Ni2+, Zn2+ ou Co2+) et d’acide 1 ,2,4,5-benzènetétracarboxylique (FLbtec). Les MOFs ont été calcinés sous une atmosphère inerte d’argon en respectant le protocole suivant :
1. montée en température de la température ambiante à 200 °C à une vitesse de montée en température de 1 °C/min;
2. plateau de 1 heure à 200 °C;
3. montée de température de 200 °C à la température de calcination à une vitesse de montée en température de 3 °C/min; et
4. plateau de 2 heures à la température de calcination.
Les MOFs calcinés préparés au présent exemple, les températures de calcination, les rendements théoriques après calcination déterminés par ATG, ainsi que les rendements après calcination sont présentés dans le Tableau 5.
Tableau 5. Températures de calcination, rendements théoriques après calcination déterminés par ATG et rendements après calcination pour les MOFs 6 à 10 b) Caractérisation des MOFs lithiophiles calcinés par ATG
Les MOFs calcinés préparés à l'Exemple 2(a) ont été caractérisés par ATG afin d’évaluer leur quantité respective de métaux. Les analyses thermogravimétriques ont été effectuées sous un débit d’air constant de 100 mL/min et à une vitesse de montée en température de 5 °C/min. Les résultats des analyses thermogravimétriques obtenus pour les MOFs 6 à 10 sont présentés à la Figure 11 et résumés dans le Tableau 6.
Tableau 6. Résumé des analyses thermogravimétriques obtenues pour les MOFs 6 à 10
La Figure 11 (A) montre la courbe thermogravimétrique obtenue pour le MOF 6. L’analyse thermogravimétrique a été effectuée dans un intervalle de températures allant d’environ 30 °C à environ 700 °C. Il est possible d’observer que le mécanisme d'oxydation sous air du métal ne permet pas une quantification adéquate de celui-ci.
La Figure 11 (B) montre la courbe thermogravimétrique obtenue pour le MOF 7. L’analyse thermogravimétrique a été effectuée dans un intervalle de températures allant d’environ 30 °C à environ 900 °C. Il est possible d’observer que le mécanisme d'oxydation sous air du métal ne permet pas une quantification adéquate de celui-ci.
La Figure 11(C) montre les courbes thermogravimétriques obtenues pour les MOFs 8 à 10. Les analyses thermogravimétriques ont été effectuées dans un intervalle de températures allant d’environ 50 °C à environ 800 °C. La masse de métal présent dans les MOFs 8 à 10 a été estimée à environ 70% en poids. Il est possible d’observer à la Figure 11(C) que le carbone des MOFs calcinés à une température plus élevée, semble graphitique et nécessite une température plus élevée pour se dégrader sous air. Il est également possible d’observer à la Figure 11 (C) l’absence d’un gain de masse ce qui peut être attribué soit, par exemple, par la présence de particules de ZnO ou par la présence d’une couche de ZnO sur la surface de particules de Zn. c) Caractérisation des MOFs lithiophiles calcinés par microspectroscopie Raman
L'analyse de la composition moléculaire des MOFs calcinés préparés à l'Exemple 2(a) a été effectuée par microspectroscopie Raman.
La Figure 12 présente des spectres Raman obtenus pour les MOFs qui ont été calcinés à une température de 750 °C (MOFs 6, 7 et 10). Il est possible d’observer un carbone substantiellement graphitique pour le MOF calciné à base de Ni2+ (MOF 7). Les MOFs calcinés à base de Cu2+ et Zn2+ (MOFs 6 et 10) semblent produire un carbone de nature similaire et substantiellement désordonné.
La Figure 13 montre des spectres Raman obtenus pour les MOFs à base de Zn2+ calcinés à une température de 550 °C et de 650 °C (MOFs 8 et 9). La Figure 13 montre en (A) un rapport d’intensité de la bande D sur la bande G (ID/IG) pour le MOF 8 de 0,95 et pour le MOF 9 de 0,87. Le carbone produit par la calcination de ces deux MOFS serait donc substantiellement amorphe. Une comparaison entre le spectre Raman présenté à la Figure 13 (B) avec ceux d’autres travaux en spectroscopie Raman effectués sur le ZnO (Song, Yin, et al. "Raman spectra and microstructure of zinc oxide irradiated with swift heavy ion." Crystals 9.8 (2019) : 395) met en évidence la présence de ZnO dans les échantillons analysés. d) Caractérisation de la surface des MOFs lithiophiles calcinés par la méthode de Brunauer, Emmett et Teller (BET)
La taille des pores, la surface spécifique et le volume poreux des MOFs calcinés préparés à l'Exemple 2(a) ont été caractérisés.
Des isothermes d’adsorption/désorption d’azote (graphique du volume d’azote adsorbé (cm3/g) en fonction de la pression relative d’azote P/Po) ont été obtenues pour chacun des MOFs préparés à l'Exemple 2(a). La taille des pores (nm), la distribution des volumes poreux (dV/dw) (cm3/g.nm), la surface spécifique (m2/g) et le volume poreux total (cm3/g) ont été extraits à partir de ces isothermes. La détermination de la taille des pores a été effectuée par la méthode de Broekhoff et de Boer (BdB). La distribution des volumes poreux a été déterminée par la méthode de Barett, Joyner et Halenda (BJH). La surface spécifique et le volume poreux ont été calculés en utilisant la méthode de BET. Les Figures 14 et 15 montrent en (A) une isotherme d’adsorption/désorption d’azote, en (B) un graphique de la distribution des volumes poreux en fonction de la largeur des pores, en (C) un graphique de la surface spécifique en fonction de la largeur des pores, et en (D) un graphique du volume poreux total en fonction de la largeur des pores obtenus respectivement pour les MOFs 6 et 7.
La Figure 16 montre en (A) une isotherme d’adsorption/désorption d’azote, en (B) un graphique de la distribution des volumes poreux en fonction de la largeur des pores, en (C) un graphique de la surface spécifique en fonction de la largeur des pores, et en (D) un graphique du volume poreux total en fonction de la largeur des pores obtenus pour le MOF 8 (♦), le MOF 9 (★) et le MOF 10 (■).
Il est possible d’observer la présence d’une boucle d'hystérèse caractéristique des matériaux mésoporeux sur l’isotherme d’adsorption/désorption d’azote de chacun des MOFs calcinés (MOFs 6 à 10).
De plus, il est également possible de conclure qu’une partie substantielle de la surface spécifique et de la porosité de chacun des MOFs calcinés (MOFs 6 à 10) proviennent de mésopores et non de micropores. e) Caractérisation de la surface des MOFs lithiophiles calcinés par MET et EDS
Les MOFs calcinés préparés à l'Exemple 2(a) ont été caractérisés par MET et EDS.
Les Figures 17 à 38 présentent des images MET, des images de cartographie EDS et les résultats de l’analyse EDS obtenus pour les MOFs 6 à 10. Les conditions expérimentales utilisées lors des analyses MET et MET-EDS effectuées pour les MOFs 6 à 10 sont présentées dans le Tableau 7.
Tableau 7. Conditions expérimentales utilisées lors des analyses MET et MET-EDS effectuées pour les MOFs 6 à 10
Analyse des images MET et MET-EDS obtenues pour le MOF 6
La Figure 17 montre des particules métalliques nanométriques substantiellement dispersées à l’intérieur et en surface du carbone. Les flèches sur les Figures 17(B) et 17(C) pointent chacune une particule de cuivre. La Figure 18 (E) montre les résultats de l’analyse EDS obtenus pour la zone délimitée sur l’image de cartographie EDS présentée à la Figure 18(D). La Figure 18 (E) montre la présence de cuivre et son abondance relative approximative dans le MOF 6.
La Figure 20 (F) montre les résultats de l’analyse EDS obtenus pour la zone délimitée sur les images de cartographie EDS présentées aux Figures 18(D) et (E). Les Figures 21 et 22 montrent que le carbone est substantiellement amorphe et substantiellement désordonné. Cela étant cohérent avec l’analyse par microspectroscopie Raman présentée à l’Exemple 2(c). Analyse des images MET et MET-EDS obtenues pour le MOF 7
Les Figures 23(E) et (F) présentent respectivement un graphique de l’intensité (coups/secondes) en fonction de l’énergie en (keV) et un graphique du nombre d’électrons en fonction de l’énergie en (eV) obtenus pour la zone délimitée sur l’image de cartographie EDS présentée à la Figure 23(D). Les Figures 23(E) et (F) montrent la présence de cuivre et de nickel ainsi que leur abondance relative approximative.
La Figure 24 montre des images MET du MOF 7 sur lesquelles il est possible d’observer des particules métalliques nanométriques substantiellement dispersées dans la matrice de carbone. Les lignes sur la Figure 24 indiquent chacune une particule de nickel.
La Figure 25 montre deux images MET du MOF 7 sur lesquelles il est possible d’observer un carbone substantiellement plus graphitique. Cela étant cohérent avec l’analyse par microspectroscopie Raman présentée à l’Exemple 2(c). Il est également possible d’observer des plans de carbone sur cette figure.
Analyse des images MET et MET-EDS obtenues pour le MOF 10
La Figure 26 montre en (A) et (B) des images MET du MOF 10, et en (C) les résultats de l’analyse EDS correspondante. Les deux flèches sur la Figure 26(B) pointent chacune une particule de zinc. La Figure 26 montre que le MOF 10 est substantiellement hétérogène, ne comprenant, par endroit, que quelques particules métalliques nanométriques.
La Figure 28(C) est un graphique présentant les résultats de l’analyse EDS obtenus pour la zone délimitée sur l’image de cartographie EDS présentée à la Figure 28(B).
Les Figures 27et 28 montrent la présence d’agglomérats comprenant du zinc en surface et dans la matrice de carbone. Ces agglomérats se forment à une température substantiellement élevée. Une partie de la porosité pourrait donc être attribuée à une perte de zinc. En effet, une surface spécifique de 560 m2/g pour le MOF 10 a été obtenue par BET.
Analyse des images MET et MET-EDS obtenues pour le MOF 9
La Figure 29(F) montre les résultats de l’analyse EDS obtenus pour les deux zones délimitées sur les images présentées aux Figures 29(A) à (E). Les images de la Figure 29 montrent la présence de particules allongées de forme irrégulière. Il est également possible d’observer la présence de silicium dans les zones riches en carbone.
La Figure 30 montre en (H) les résultats de l’analyse EDS obtenus pour les deux zones délimitées sur les images présentées aux Figures 30(C) à (G).
La Figure 31 montre en (A) et (B) des images obtenues par MET du MOF 9, en (C) à (F) les résultats de l’analyse EDS correspondante obtenus pour les deux zones indiquées par des flèches en (B). Les Figures 31(C) et (D) présentent respectivement un graphique de l’intensité en fonction de l’énergie et un graphique du nombre d’électrons en fonction de l’énergie obtenus pour la zone Sp75 indiquée en (B). Les Figures 31(E) et (F) présentent respectivement un graphique de l’intensité en fonction de l’énergie et un graphique du nombre d’électrons en fonction de l’énergie obtenus pour la zone Sp72 indiquée en (B). Il est possible d’observer que la particule allongée en forme de bâtonnet est riche en Zn tandis que les particules de forme irrégulière sont exemptes de Zn.
La Figure 32 montre en (A) à (F) des images obtenues par MET du MOF 9. La Figure 32
(A) montre plus précisément une image d’une particule de forme irrégulière et les Figures 32(B) à (F) montre des images de la particule allongée en forme de bâtonnet encadrée en
(B). Il est possible d’observer que la particule de forme irrégulière possède un carbone amorphe tandis que les particules allongées en forme de bâtonnet riches en Zn présentent des plans cristallins.
Analyse des images MET et MET-EDS obtenues pour le MOF 8
La Figure 33 montre des particules allongées en forme de bâtonnet ayant une largeur comprise dans l’intervalle allant d’environ 100 nm à environ 200 nm et une longueur d’environ 1 pm.
La Figure 34 montre en (E) les résultats de l’analyse EDS obtenus pour la zone délimitée sur les images présentées aux Figures 34(A) à (D).
La Figure 35 montre en (G) les résultats de l’analyse EDS obtenus pour la zone délimitée sur les images présentées aux Figures 35(C) à (F). La Figure 35 la présence substantielle de Zn dans la composition des particules allongées en forme de bâtonnet. La Figure 36 montre des particules de forme irrégulière comprenant un nombre substantiel de particules nanométriques de Zn. La Figure 36 montre en (D) les résultats de l’analyse EDS obtenus pour les deux zones indiquées par des flèches sur l’image MET correspondante.
La Figure 37 montre en (E) et (F) les résultats de l’analyse EDS obtenus respectivement pour les zones 1 (particule allongée en forme de bâtonnet) et 2 (particule de forme irrégulière) délimitées sur les images présentées aux Figures 37(A) à (D). La Figure 37(E) confirme que les particules allongées en forme de bâtonnet sont substantiellement riches en Zn et la Figure 37(F) confirme que particules de forme irrégulière sont substantiellement amorphes et moins riches en Zn.
La Figure 38 montre la présence de nanoparticules de Zn ayant une longueur comprise dans l’intervalle allant d’environ 2 nm à environ 5nm dans la matrice de carbone. f) Effet du broyage sur les MOFs lithiophiles calcinés
L’effet du broyage a également été caractérisé à l'aide d'un MEB muni d’un détecteur SE ainsi que par EDS.
La Figure 39 montre des images MEB obtenues pour le MOF 8 en (A) avant broyage, en (B) après environ 5 minutes de broyage (broyeur à billes SPEXMC), et en (C) après deux fois environ 5 minutes de broyage. Les barres d'échelle représentent 10 pm.
La Figure 40 montre en (A) une image MEB de particules de MOF 8 après deux fois environ 5 minutes de broyage, et les images de cartographie des éléments C et Zn sont présentées respectivement en (B) et (C). Les barres d'échelle représentent 5 pm.
Exemple 3 - Préparation et caractérisation de MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques à base de Zn et Ou a) Préparation des MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques à base de Zn et Ou
Des MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques ont été préparés avec différentes proportions de cuivre et de zinc (rapport Ou : Zn) selon l’Équation 1 :
Équation 1
Les MOFs ainsi préparés ont ensuite été purifiés par filtration et séchés sous vide pendant environ 18 heures à température ambiante. Les MOFs ont été calcinés sous une atmosphère inerte d’argon en respectant le protocole suivant :
1. montée en température de la température ambiante à 200 °C à une vitesse de montée en température de 1 °C/min;
2. plateau de 1 heure à 200 °C; 3. montée de température de 200 °C à 750 °C à une vitesse de montée en température de 3 °C/min; et
4. plateau de 2 heures à 750 °C.
La structure, le rapport Cu : Zn et le rendement théorique après calcination déterminé par ATG des MOFs calcinés préparés au présent exemple sont présentés dans le Tableau 8. Tableau 8. Structure, rapport Cu : Zn et rendement théorique après calcination déterminé par ATG des MOFs 11 à 15
Les MOFs préparés à l'Exemple 3(a) ont été caractérisés par ATG afin d’évaluer leur stabilité thermique et leur processus de conversion. Les analyses thermogravimétriques ont été effectuées sous un débit d’air constant de 100 mL/min dans un intervalle de températures allant d’environ 30 °C à environ 1000 °C et à une vitesse de montée en température de 5 °C/min. Les résultats des analyses thermogravimétriques obtenus pour les MOFs 11 à 15 sont présentés à la Figure 41 et résumés dans le Tableau 9.
Tableau 9. Résumé des analyses thermogravimétriques obtenues pour les MOFs 11 à 15 La Figure 41 montre deux pertes de masse pouvant respectivement être attribuées à la moitié cuivre-ligand et à la moitié zinc-ligand. Il est possible d’observer que le pourcentage de perte de masse semble sensiblement cohérent avec les ratios Cu : Zn. c) Caractérisation des MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques par MEB Les MOFs préparés à l'Exemple 3(a) ont été imagés à l'aide d'un MEB muni d’un détecteur SE. Les images obtenues pour les MOFs 11 à 15 sont présentées aux Figures 42 à 46 et résumées dans le Tableau 10.
Tableau 10. Résumé des images MEB obtenues pour les MOFs 11 à 15 d) Caractérisation des MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques par EDS L'analyse élémentaire ou la caractérisation chimique des MOFs préparés à l'Exemple 3(a) a été effectuée à l'aide d'un MEB équipé d’un détecteur de rayons X pour analyse EDS. Les Figures 47 à 51 montrent en (A) des images MEB obtenues pour les MOFs 11 et 13 à 15, et en (B) à (E) les images de cartographie EDS correspondantes. Les conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les MOFs 11 et 13 à 15 sont présentées dans le T ableau 11. Tableau 11. Conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les
MOFs 11 et 13 à 15
Les Figures 46 et 51 montrent que l’échantillon de MOF 15 comprend des particules de grosseur substantielle riches en Zn et des particules allongées en forme d’aiguille substantiellement plus petites riches en Cu. e) Caractérisation des MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques par ATG (sous air)
Les MOFs calcinés préparés à l'Exemple 3(a) ont été caractérisés par ATG afin d’évaluer leur quantité respective de métaux. Les analyses thermogravimétriques ont été effectuées sous un débit d’air constant de 100 mL/min et à une vitesse de montée en température de 5 °C/min. Les résultats des analyses thermogravimétriques obtenus pour les MOFs 11 à 13 sont présentés à la Figure 52 et résumés dans le Tableau 12.
Tableau 12. Résumé des analyses thermogravimétriques obtenues pour les MOFs 11 à
13 | Figure 52(C) (ligne discontinue) | | 750 |
La Figure 52 (B) montre que la perte de masse pour le MOF 12 calciné à une température d’environ 910 °C est légèrement plus importante que pour le MOF 12 calciné à une température d’environ 750 °C. Ceci pourrait être expliqué par la présence de plus carbone, et donc, une petite quantité de Zn pourrait probablement avoir été perdue. La Figure 52 (B) montre également une perte de masse substantiellement importante pour le MOF 12 calciné à une température d’environ 1000 °C ainsi qu’un phénomène d’oxydation du cuivre à une température d’environ 200 °C à environ 400 °C, ce qui montre qu’il n’y a plus de zinc ou très peu. f) Caractérisation des MOFs lithiophiles bimétalliques calcinés et broyés par MEB et EDS
La Figure 53 montre en (A) et (B) des images MEB d’un MOF similaire au MOF 12, mais ayant été calciné à une température d’environ 1000 °C au lieu d’à une température d’environ 750 °C et ayant été broyé trois fois pendant environ 5 minutes avec un broyeur à billes SPEXMC. Les barres d'échelle en (A) et (B) représentent respectivement 50,0 pm et 5,00 pm. La Figure 53 montre des particules nanométriques sphériques substantiellement bien dispersées dans la matrice de carbone.
La Figure 53 (C) montre les résultats de l’analyse EDS confirmant l’absence de Zn dans la matrice et la présence de carbone et de cuivre.
Exemple 4 - Préparation et caractérisation de MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques à base de Zn et Ag a) Préparation des MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques à base de Zn et Ag
Des MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques ont été préparés avec différentes proportions de zinc et d’argent (rapport Zn : Ag). Pour ce faire, des MOFs à base de Zn ont été préparés selon l’Équation 2 :
Équation 2
Les MOFs ainsi préparés ont ensuite été purifiés par filtration et séchés sous vide pendant environ 20 heures à une température d’environ 160 °C.
Du AgNOs a été incorporé aux MOFs à base de Zn par une méthode d’imprégnation selon l’Équation 3 :
Équation 3
Une solution aqueuse de AgNCh a été ajoutée aux poudres de MOF à base de Zn. Les solutions ainsi obtenues ont été agitées pendant environ 2 heures à température ambiante. L’eau a ensuite été évaporée et les MOFs à base de Zn et Ag ont été séchés sous vide pendant environ 18 heures à température ambiante.
Les MOFs ont été calcinés sous une atmosphère inerte d’argon en respectant le protocole suivant :
1. montée en température de la température ambiante à 200 °C à une vitesse de montée en température de 1 °C/min;
2. plateau de 1 heure à 200 °C;
3. montée de température de 200 °C à 750 °C à une vitesse de montée en température de 3 °C/min; et
4. plateau de 2 heures à 750 °C.
La structure et le rapport Zn : Ag des MOFs calcinés bimétalliques préparés au présent exemple, sont présentés dans le Tableau 13. b) Caractérisation des MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques par ATG
Les MOFs préparés à l'Exemple 4(a) ont été caractérisés par ATG afin d’évaluer leur stabilité thermique et leur processus de conversion. Les analyses thermogravimétriques ont été effectuées sous un débit d’air constant de 100 mL/min dans un intervalle de températures allant d’environ 30 °C à environ 1000 °C et à une vitesse de montée en température de 5 °C/min. Les résultats des analyses thermogravimétriques obtenus pour les MOFs 16 à 19 sont présentés à la Figure 54 et résumés dans le Tableau 14.
Tableau 14. Résumé des analyses thermogravimétriques (MOFs 16 à 19)
La Figure 54 montre une perte de masse à une température inférieure 300 °C pouvant être attribuée à l’argent. c) Caractérisation de la surface des MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques par la méthode de BET
La taille des pores, la surface spécifique et le volume poreux des MOFs calcinés préparés à l'Exemple 4(a) ont été caractérisés.
Des isothermes d’adsorption/désorption d’azote (graphique du volume d’azote adsorbé en fonction de la pression relative d’azote P/Po) ont été obtenues pour chacun des MOFs préparés à l'Exemple 4(a). La taille des pores, la distribution des volumes poreux, la surface spécifique et le volume poreux total ont été extraits à partir de ces isothermes. La détermination de la taille des pores a été effectuée par la méthode de BdB. La distribution des volumes poreux a été déterminée par la méthode de BJH. La surface spécifique et le volume poreux ont été calculés en utilisant la méthode de BET.
La Figure 55 montre en (A) une isotherme d’adsorption/désorption d’azote, en (B) un graphique de la distribution des volumes poreux en fonction de la largeur des pores, en (C) un graphique de la surface spécifique en fonction de la largeur des pores, et en (D) un graphique du volume poreux total en fonction de la largeur des pores obtenus pour les MOFs 16 (■), 17 (A), 18 (•) et 19 (★). Il est possible d’observer que plus le sel d’argent est incorporé, plus la surface BET diminue et les pores ayant une largeur comprise entre environ 3.5 nm et environ 6 nm sont comblés. Une partie substantielle de la surface spécifique vient de mésopores ayant une largeur comprise entre environ 2 nm et environ 8 nm. La méthode d’incorporation du sel d’argent dans la mésoporosité semble donc efficace. d) Caractérisation des MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques par MEB
Les MOFs préparés à l'Exemple 4(a) ont été imagés à l'aide d'un MEB muni d’un détecteur SE. Les images obtenues pour les MOFs 16 à 19 sont présentées aux Figures 56 à 59 et résumées dans le Tableau 15. Tableau 15. Résumé des images MEB obtenues pour les MOFs 16 à 19
Les Figures 56 à 59 montrent des mélanges hétérogènes comprenant des particules de grosseur et de forme variées. e) Caractérisation des MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques par EDS
L'analyse élémentaire ou la caractérisation chimique des MOFs préparés à l'Exemple 4(a) a été effectuée à l'aide d'un MEB équipé d’un détecteur de rayons X pour analyse EDS.
La Figure 60 montre en (A) une image MEB obtenue pour le MOF 16, et en (B) des graphiques présentant les résultats de l’analyse EDS obtenus pour les zones délimitées en (A). La barre d’échelle représente 10 pm.
Les Figures 61 et 62 montrent en (A) des images MEB obtenues pour les MOFs 16 à 18, et (B) à (E) les images de cartographie EDS correspondante. Les conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les MOFs 17 et 18 sont présentées dans le Tableau 16. Tableau 16. Conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les
MOFs 17 et 18
Exemple 5 - Préparation et caractérisation de MOFs lithiophiles à base de Mg et de MOFs lithiophiles bimétalliques à base de Mg et Zn a) Préparation des MOFs lithiophiles à base de Mg et des MOFs lithiophiles bimétalliques à base de Mg et Zn
Des MOFs lithiophiles à base de Mg ont été préparés à partir d’hydroxyde de carbonate de magnésium pentahydraté ((MgCOs)4 Mg(OH)2 5H2O) et de FLbtec. Deux MOFs bimétalliques à base de Mg et Zn ont été préparés à partir de (MgCOs)4 Mg(OH)2 ôFLO, ZnO et de FLbtec. Les MOFs ainsi préparés ont ensuite été purifiés par filtration et séchés sous vide pendant environ 18 heures à température ambiante.
Les MOFs préparés au présent exemple sont présentés dans le Tableau 17.
Tableau 17. Structure et le rapport Mg : Zn des MOFs 20 à 22
b) Caractérisation des MO Fs lithiophiles à base de Mg par ATG
Les MOFs préparés à l'Exemple 5(a) ont été caractérisés par ATG afin d’évaluer leur stabilité thermique et leur processus de conversion. Les analyses thermogravimétriques ont été effectuées sous un débit d’air constant de 100 ml/min dans un intervalle de températures allant d’environ 30 °C à environ 1000 °C et à une vitesse de montée en température de 5 °C/min. Les résultats des analyses thermogravimétriques obtenus pour les MOFs 20 et 21 sont présentés à la Figure 63 et résumés dans le Tableau 18.
Tableau 18. Résumé des analyses thermogravimétriques obtenues (MOFs 20 et 21) c) Caractérisation des MOFs lithiophiles à base de Mg par MEB Les MOFs préparés à l'Exemple 5(a) ont été imagés à l'aide d'un MEB muni d’un détecteur SE. Les images obtenues pour les MOFs 20 à 22 sont présentées aux Figures 64 à 66 et résumées dans le Tableau 19.
Tableau 19. Résumé des images MEB obtenues pour les MOFs 20 à 22 | (après calcination à 1000 °C) | Figure 66(E) | 200 |
Les Figures 65(D) et (E) montres des images MEB du MOF 21 obtenues après une calcination à une température d’environ 750 °C. Il est possible d’observer l’apparition de sphères substantiellement petites à la surface du carbone après la calcination.
Les Figures 66(D) et (E) montres des images MEB du MOF 22 obtenues après une calcination à une température d’environ 1000 °C. Il est possible d’observer l’apparition de sphères substantiellement petites dans la matrice de carbone après la calcination. d) Caractérisation des MOFs lithiophiles à base de Mg par EDS
L'analyse élémentaire ou la caractérisation chimique des MOFs 21 et 22 préparés à l'Exemple 5(a) a été effectuée à l'aide d'un MEB équipé d’un détecteur de rayons X pour analyse EDS. La Figure 67 montre en (A) une image MEB obtenue pour le MOF 21 avant calcination, et en (B) à (E) les images de cartographie EDS correspondantes. La Figure 68 montre en (A) une image MEB obtenue pour le MOF 21 après calcination à une température d’environ 750 °C, en (B) à (E) les images de cartographie EDS correspondantes, et en (F) les résultats de l’analyse EDS correspondante. La Figure 69 montre en (A) une image MEB obtenue pour le MOF 22 avant calcination, et en (B) à (F) les images de cartographie EDS correspondantes. La Figure 70 montre en (A) une image MEB obtenue pour le MOF 22 après calcination à une température d’environ 1000 °C, en (B) à (E) les images de cartographie EDS correspondantes, et en (F) les résultats de l’analyse EDS correspondante. Les conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les MOFs 21 et 22 sont présentées dans le Tableau 20.
Tableau 20. Conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les
MOFs 21 et 22
Les résultats de l’analyse EDS obtenus pour le MOF 21 après calcination à une température d’environ 750 °C sont présentés dans le Tableau 21 . Il est possible d’observer une quantité importante d’oxygène (environ 17.85% atomique), ce qui est substantiellement proche de la somme du zinc et du magnésium (environ 16% atomique). Ceci indique que des oxydes métalliques tels que l'oxyde de magnésium (MgO) et le ZnO se forment possiblement. Il est également possible d’observer sur les spectres EDS que les zones riches en zinc sont aussi riches en oxygène.
Tableau 21. Résultats de l’analyse EDS obtenus pour le MOF 21 après calcination
Les résultats de l’analyse EDS obtenus pour le MOF 22 avant calcination à une température d’environ 1000 °C sont présentés dans le Tableau 22. Les résultats présentés dans le Tableau 22 ont été obtenus dans les zones encadrées sur l’image MEB à la Figure 69(A). Il est possible d’observer que la composition varie selon la forme des particules.
Tableau 22. Résultats de l’analyse EDS obtenus pour le MOF 22 avant calcination
Les résultats de l’analyse EDS obtenus pour le MOF 22 après calcination à une température d’environ 1000 °C sont présentés dans le Tableau 23. Il est possible d’observer que les sphères présentes dans la matrice de carbone sont riches en oxygène et en métaux comme le zinc et le magnésium. Encore une fois, ceci suggère que des oxydes métalliques comme le MgO et le ZnO peuvent se former.
Tableau 23. Résultats de l’analyse EDS obtenus pour le MOF 22 après calcination
Exemple 6 - Préparation et caractérisation de MOFs lithiophiles à base de Mg a) Préparation des MOFs lithiophiles à base de Mg
Des MOFs lithiophiles à base de Mg ont été préparés à partir de carbonate de magnésium (MgCOs) ou d’acétate de magnésium (Mg(OAc)2) et de FLbtec selon l’Équation 4 :
Équation 4
Les MOFs ainsi préparés ont ensuite été purifiés par filtration et séchés sous vide pendant environ 18 heures à température ambiante. Les MOFs préparés au présent exemple sont présentés dans le Tableau 24.
Tableau 24. Structure des MOFs 23 et 24
Il a été observé que le Mg(OAc)2 semble être un précurseur adéquat pour la synthèse de MOFs à base de Mg. b) Caractérisation des MOFs lithiophiles à base de Mg par MEB Les MOFs préparés à l'Exemple 6(a) ont été imagés à l'aide d'un MEB muni d’un détecteur SE. Les images obtenues pour les MOFs 23 et 24 sont présentées aux Figures 71 et 72 et résumées dans le Tableau 25. Tableau 25. Résumé des images MEB obtenues pour les MOFs 23 et 24 c) Caractérisation des MOFs lithiophiles à base de Mg par EDS
L'analyse élémentaire ou la caractérisation chimique des MOFs préparés à l'Exemple 6(a) a été effectuée à l'aide d'un MEB équipé d’un détecteur de rayons X pour analyse EDS. Les Figures 73 et 74 montrent en (A) des images MEB obtenues respectivement pour les MOFs 23 et 24, en (B) à (D) les images de cartographie EDS, et en (E) les résultats de l’analyse EDS correspondante. Les conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les MOFs 23 et 24 sont présentées dans le Tableau 26.
Tableau 26. Conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les MOFs 23 et 24
Exemple 7 - Préparation et caractérisation de MOFs lithiophiles bimétalliques à base de Sb et Zn a) Préparation des MOFs lithiophiles bimétalliques à base de Sb et Zn
Des MOFs lithiophiles bimétalliques à base de Sb et Zn ont été préparés à partir d’acétate d'antimoine (III) (Sb(OAc)3), de ZnO et de FLbtec selon l’Équation 5 :
Équation 5 Les MOFs ainsi préparés ont ensuite été purifiés par filtration et séchés sous vide pendant environ 18 heures à température ambiante.
La structure et le rapport Sb : Zn des MOFs bimétalliques préparés dans cet exemple sont présentés dans le Tableau 27. Tableau 27. Structure et le rapport Sb : Zn des MOFs 25 à 30
Les MOFs préparés à l'Exemple 7(a) ont été imagés à l'aide d'un MEB muni d’un détecteur SE. Les images obtenues pour les MOFs 25 à 30 sont présentées aux Figures 75 à 80 et résumées dans le Tableau 28. Tableau 28. Résumé des images MEB obtenues pour les MOFs 25 à 30 c) Caractérisation des MOFs lithiophiles bimétalliques par EDS
L'analyse élémentaire ou la caractérisation chimique des MOFs préparés à l'Exemple 7(a) a été effectuée à l'aide d'un MEB équipé d’un détecteur de rayons X pour analyse EDS. Les Figures 81 à 86 montrent en (A) des images MEB obtenues respectivement pour les MOFs 25 à 30, en (B) à (D) ou (E) les images de cartographie EDS. Les conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les MOFs 25 à 30 sont présentées dans le Tableau 29.
Tableau 29. Conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les
MOFs 25 à 30 Exemple 8 - Préparation et caractérisation de MOFs lithiophiles bimétalliques à base de Zn et Ag avec ligands bifonctionnels a) Préparation des MOFs lithiophiles bimétalliques à base de Zn et Ag avec ligands bifonctionnels
Des MOFs lithiophiles bimétalliques à base de Zn et Ag avec ligands bifonctionnels ont été préparés à partir d’un ligand bifonctionnel commercial selon l’Équation 7 :
Équation 7
Des MOFs lithiophiles bimétalliques à base de Zn et Ag avec ligands bifonctionnels ont également été préparés à partir d’un ligand bifonctionnel de synthèse selon les Équations 8 et 9 :
Équation 9 La structure et le rapport Zn : Ag des MOFs bimétalliques préparés au présent exemple, sont présentés dans le Tableau 30.
Tableau 30. Structure et le rapport Zn : Ag des MOFs 31 et 32 b) Caractérisation des MOFs lithiophiles bimétalliques par MEB
Les MOFs préparés à l'Exemple 8(a) ont été imagés à l'aide d'un MEB muni d’un détecteur SE. Les images obtenues pour les MOFs 31 et 32 sont présentées aux Figures 87 à 89 et résumées dans le Tableau 31. Tableau 31. Résumé des images MEB obtenues pour les MOFs 31 et 32 c) Caractérisation des MOFs lithiophiles bimétalliques par EDS
L'analyse élémentaire ou la caractérisation chimique des MOFs préparés à l'Exemple 8(a) a été effectuée à l'aide d'un MEB équipé d’un détecteur de rayons X pour analyse EDS. Les Figures 90 à 92 montrent en (A) des images MEB obtenues respectivement pour les MOFs 31 et 32, en (B) à (E) les images de cartographie EDS. Les conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les MOFs 31 et 32 sont présentées dans le Tableau 32.
Tableau 32. Conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les
MOFs 31 et 32 Les résultats de l’analyse EDS obtenus pour le MOF 32 après calcination à une température d’environ 1000 °C sont présentés à la Figure 93. Les résultats présentés à la Figure 93 ont été obtenus dans les zones encadrées sur les images présentées à la Figure 92. La Figure 93 montre en (A) la somme des résultats de l’analyse EDS, en (B) les résultats de l’analyse EDS obtenus pour le Spectre 14, et en (C) les résultats de l’analyse EDS obtenus pour le Spectre 15. Les résultats de l’analyse EDS obtenus sont résumés dans le Tableau 33.
Tableau 33. Résultats de l’analyse EDS obtenus pour le MOF 32 après calcination à une température d’environ 1000 °C Les résultats montrent qu’une poudre riche en carbone est obtenue (environ 73% atomique à environ 83% atomique selon la zone observée) avec de l’argent substantiellement uniformément réparti dans le MOF calciné. Il est possible d’observer la présence de traces de zinc. Cependant, il n’y a substantiellement pas ou très peu d’oxygène. Il est possible de conclure que le métal est formé principalement sous forme élémentaire. Exemple 9 - Préparation et caractérisation des cellules électrochimique a) Préparation de matériaux de revêtement à base de MOFs lithiophiles calcinées
Des matériaux de revêtement à base de MOFs lithiophiles calcinées tels que décrits dans les exemples précédents ont été préparés. Les matériaux de revêtement ont été obtenus en mélangeant les MOFs à une solution 60 % en poids d’électrolyte polymère solide incluant du LiTFSI dans un polymère solvatant tel que décrit dans le brevet américain numéro 6,903,174 B2 (Harvey ét al.) (US’174) dans un rapport polymère : LiTFSI de (20 : 1) et 40 % en poids de tétraéthylène glycol diméthyléther. La composition des matériaux de revêtement est présentée dans le Tableau 34. Tableau 34. Composition des matériaux de revêtement à base de MOFs lithiophiles calcinées b) Configurations des cellules électrochimiques
Les propriétés électrochimiques des matériaux de revêtement préparés à l’Exemple 9(a) ont été étudiées.
Les cellules électrochimiques ont été assemblées avec une ou deux couches de revêtement. La première couche de revêtement étant réticulée et la seconde couche étant non réticulée et placée entre la première couche de revêtement et l’électrolyte. Cette seconde couche de revêtement permet une amélioration substantielle de l’adhérence entre les différentes composantes de la cellule électrochimique, et donc, une amélioration des performances électrochimiques.
Les cellules électrochimiques ont été assemblées avec une électrode positive de phosphate de fer et de lithium (LiFePCL, LFP) sur des collecteurs de courant en aluminium revêtus de carbone (ArmorMC). La composition du matériau électrochimiquement actif d’électrode positive est présentée dans le Tableau 35.
Tableau 35. Composition du matériau électrochimiquement actif d’électrode positive
Toutes les cellules électrochimiques ont été assemblées avec un électrolyte polymère solide autosupporté tel que décrit le brevet US’174 comprenant 81 ,8 % en poids de polymère, 17,8 % en poids de LiTFSI et 0,4 % en poids de 2,2-diméthoxy-2- phénylacétophénone (lrgacureMC 651). Les cellules électrochimiques ont été assemblées avec des électrodes négatives de lithium métallique lubrifié ayant une épaisseur d’environ 50 pm sur des collecteurs de courant en cuivre.
Les cellules électrochimiques ont été assemblées selon les configurations présentées dans le Tableau 36.
Tableau 36. Configurations des cellules électrochimiques
Les Cellules 2 à 9 ont été assemblées avec une seconde couche de revêtement incluant 60 % en poids du polymère tel que décrit dans le brevet US’ 174 et de LiTFSI dans un rapport polymère : LiTFSI de (20 : 1) et 40 % en poids de tétraéthylène glycol diméthyléther. Le polymère de la seconde couche n’étant pas réticulé.
Les cellules électrochimiques de référence ont été assemblées selon les configurations présentées dans le Tableau 37.
Tableau 37. Configurations des cellules électrochimiques de référence c) Comportement électrochimique
Les analyses électrochimiques ont démontré que la seconde couche de revêtement améliore significativement l’adhérence entre la première couche de revêtement et l’électrolyte. La présence de cette deuxième couche de revêtement semble également améliorer l’efficacité coulombique et la capacité de décharge initiale tout en améliorant la reproductibilité des résultats électrochimique. Une amélioration des performances électrochimiques pour les cellules électrochimiques incluant des films plus minces de première couche de revêtement a également été observée.
La Figure 94 montre un graphique de la capacité en fonction du nombre de cycles obtenue à des courants de charge et de décharge de C/6, C/4, C/3, C/2 et 1 C pour les Cellules 8 (A ) et 9 (▼) et les Références 3 (■) et 4 (•). Une meilleure reproductibilité des performances électrochimiques a été observée pour les cellules électrochimiques incluant des films plus épais de seconde couche de revêtement. La Figure 94 montre des performances électrochimiques substantiellement proches de celles des deux références, et ce, malgré une épaisseur de couches de revêtement total d’environ 26 pm.
Exemple 10 - Déposition d’une couche de MOFs lithiophiles calcinés par pulvérisation a) Déposition d’une couche de MOFs lithiophiles calcinés par pulvérisation
Une couche de MOFs lithiophiles calcinés a été déposée par pulvérisation sur une feuille de lithium.
Le MOF lithiophile calciné a été dispersé dans du tétrahydrofurane (THF) à une concentration d’environ 1 ,5 mg/mL. 100 mL de la solution ainsi obtenue a été mélangée dans un bain ultrasons pour environ 15 minutes. La solution a ensuite été insérée dans une coucheuse par pulvérisation manuelle en chambre anhydre. Une feuille de lithium d’environ 8 cm x 15 cm a été placée à plat et à la verticale sur un substrat dur et fermement immobilisée. La pulvérisation a été effectuée en appliquant une pression d’air sec d’environ 60 psi à une distance d’environ 30 cm. Deux passages de pulvérisation ont été effectués à la surface de la feuille de lithium de haut en bas. La feuille de lithium a été séchée sous vide à une température d’environ 50 °C pour une nuit. Les dépositions ont été effectuées avec les MOFs 11 et 12 (MOFs lithiophiles calcinés bimétalliques à base de Zn et Cu). b) Caractérisation par MEB des couches de MOFs lithiophiles calcinés obtenues par pulvérisation
Les couches de MOFs lithiophiles calcinés déposées à l'Exemple 10(a) ont été imagées à l'aide d'un MEB muni d’un détecteur SE. Les images obtenues pour les deux couches de MOFs 11 et 12 sont présentées aux Figures 95 et 96 et résumées dans le Tableau 38.
Tableau 38. Résumé des images MEB obtenues pour les couches de MOFs lithiophiles calcinés obtenues par pulvérisation
La Figure 95 montre des images obtenues par MEB d’une coupe d’une feuille lithium recouvert d’une couche de MOFs lithiophiles calcinés obtenue par pulvérisation (MOF 11 calciné à 750 °C). Il est possible d’observer une couche de MOFs lithiophiles calcinés ayant une épaisseur comprise entre quelques centaines de nm à environ 1 pm.
La Figure 96 montre une image obtenue par MEB d’une coupe d’une feuille lithium recouvert d’une couche de MOFs lithiophiles calcinés obtenue par pulvérisation (MOF 12 calciné à 1000 °C). Il est possible d’observer une couche de MOFs lithiophiles calcinés ayant une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d’environ 900 nm à environ 1 pm. c) Caractérisation par EDS des couches de MOFs lithiophiles calcinés obtenues par pulvérisation
L'analyse élémentaire ou la caractérisation chimique des couches de MOFs lithiophiles calcinés déposées à l'Exemple 10(a) a été effectuée à l'aide d'un MEB équipé d’un détecteur de rayons X pour analyse EDS.
La Figure 97 montre des images de cartographie EDS obtenues pour la Couche 1. La Figure 98 montre en (A) une image MEB obtenue pour la Couche 2, en (B) à (D) les images de cartographie EDS.
La Figure 99 montre des images de cartographie EDS obtenues pour la Couche 2.
Les conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées les couches de MOFs lithiophiles calcinés obtenues par pulvérisation sont présentées dans le Tableau 39.
Tableau 39. Conditions expérimentales utilisées lors des analyses EDS effectuées pour les
Couches 1 et 2
La Figure 97 montre en (A) une image MEB obtenue pour une couche de MOFs lithiophiles calcinés obtenue par pulvérisation (MOF 11 calciné à 750 °C) ainsi que la cartographie EDS du Zn (bleu), Cu (vert) et Al (rouge). Les Figures 97(B) et (C) montrent respectivement les images de cartographie EDS du Cu et du Zn obtenues pour la zone délimitée en (A). Il est possible d’observer la présence des deux métaux (Cu et Zn) et majoritairement du Cu.
La Figure 98 montre en A une image MEB obtenue pour une couche de MOFs lithiophiles calcinés obtenue par pulvérisation (MOF 12 calciné à 1000 °C), en (B) une image MEB ainsi que la cartographie EDS du Cu (rose), Al (bleu), O (vert) et C (rouge), et en (C) et (D) respectivement des images de cartographie EDS du Cu et du C obtenues pour la zone délimitée en (A) et (B). Il est possible d’observer que l’absence de Zn dû à son évaporation à température élevée. Des sphères nanométriques de Cu peuvent être observées dans la couche de MOFs lithiophiles calcinés obtenue par pulvérisation et sur le côté du lithium. La présence de celles-ci peut être attribuée à la coupe cryogénique pouvant entrainer les particules métalliques dures. La Figure 99 montre en (A) une image MEB obtenue pour une couche de MOFs lithiophiles calcinés obtenue par pulvérisation (MOF 12 calciné à 1000 °C) ainsi que la cartographie EDS du O (vert) et C (rouge). Les Figures 99 (B) et (C) montrent respectivement les images de cartographie EDS du C et O obtenues pour la zone délimitée en (A). Il est possible d’observer l’absence de Cu et de Zn. Celui-ci a été évaporé afin de créer de la porosité et d’empêcher la formation de particules de cuivre. d) Comportement électrochimique des couches de MOFs lithiophiles calcinés obtenues par pulvérisation
Les propriétés électrochimiques des couches de MOFs lithiophiles calcinés obtenues par pulvérisation préparées à l’Exemple 10(a) ont été étudiées.
Les cellules électrochimiques ont été assemblées avec des électrodes négatives de lithium métallique comprenant une couche de MOFs lithiophiles calcinés déposée par pulvérisation sur la surface d’une feuille de lithium préparées à l’Exemple 10(a) sur des collecteurs de courant en cuivre. Les cellules électrochimiques ont été assemblées sans couche de revêtement.
Les cellules électrochimiques ont été assemblées avec une électrode positive de LFP sur des collecteurs de courant en aluminium revêtus de carbone (Armor1710). La composition du matériau électrochimiquement actif d’électrode positive est présentée dans le Tableau 35 à l’Exemple 9(b).
Toutes les cellules électrochimiques ont été assemblées avec un électrolyte polymère solide autosupporté tel que décrit le brevet US’174 comprenant 81 ,8 % en poids de polymère, 17,8 % en poids de LiTFSI et 0,4 % en poids de 2,2-diméthoxy-2- phénylacétophénone (lrgacureMC 651).
Les cellules électrochimiques ont été assemblées selon les configurations présentées dans le Tableau 40.
Tableau 40. Configurations des cellules électrochimiques
Les cellules électrochimiques de référence ont été assemblées selon les configurations présentées dans le Tableau 41.
Tableau 41. Configurations des cellules électrochimiques de référence
La Figure 100 montre un graphique de la capacité en fonction du nombre de cycles obtenue à des courants de charge et de décharge de C/6, C/4, C/3, C/2 et 1 C pour les Cellules 10 (■), 11 (•), 12 (A) et 13 (▼ ) et les Références 5 (★) et 6 (•).
La Figure 101 montre un graphique de l’efficacité coulombique en fonction du nombre de cycles obtenu pour les Cellules 10 (■), 11 (•), 12 (A ) et 13 (▼) et les Références 5 (★) et 6 (*). II est possible d’observer que les performances électrochimiques sont très proches des cellules de référence, et ce, surtout pour les Cellules 10 et 11.
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. Un procédé de préparation d’un matériau d’électrode négative comprenant un matériau électrochimiquement actif et une couche de revêtement comprenant un matériau de revêtement à base d’une structure organométallique calcinée lithiophile reposant sur une surface dudit matériau électrochimiquement actif, le procédé comprenant les étapes suivantes :
(i) mise en contact d’au moins un ligand organique avec au moins un précurseur de métal lithiophile afin d’obtenir une structure organométallique lithiophile;
(ii) calcination de la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) pour obtenir la structure organométallique lithiophile calcinée du matériau de revêtement; et
(iii) déposition du matériau de revêtement sur la surface du matériau électrochimiquement actif.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le métal lithiophile est choisi parmi Ag, Zn, Sn, Sb, Mg, Al, Ni, Cu, Co et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le ligand organique est un ligand organique comprenant une fonction azotée, un ligand organique comprenant un carboxylate, ou un ligand organique mixte comprenant une fonction azotée et/ou un carboxylate.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le ligand organique est l’acide 1 ,2,4,5- benzènetétracarboxylique ou l’acide 1 H-benzimidazole-6-carboxylique.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 1 :
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 2 : 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 3 :
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 4 :
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 5 :
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 6 : dans laquelle, ni et n2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9. 11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 7 :
Formule 7 dans laquelle, ni et ri2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 8 :
Formule 8 dans laquelle, ni et n2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9. 13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) est de Formule 9 :
Formule 9.
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l’étape de calcination est effectuée à une température d’environ 500 °C à environ 1050 °C.
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l’étape de calcination est effectuée à une température d’environ 550 °C à environ 1000 °C.
16. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel l’étape de calcination est effectuée sous une atmosphère inerte. Procédé selon la revendication 16, dans lequel l’atmosphère inerte comprend un gaz choisi parmi l’argon, l’oxygène, l’azote, l’hélium, un gaz fluoré et un mélange comprenant au moins deux de ceux-ci. Procédé selon la revendication 17, dans lequel l’atmosphère inerte comprend de l’argon. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 18, dans lequel l’étape de déposition est effectuée par au moins une méthode d’enduction à la racle (« doctor blade coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert (« comma coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert inversé (« reverse-comma coating » en anglais), une méthode d'impression telle que la gravure (« gravure coating » en anglais), une méthode d’enduction fente (« slot-die coating » en anglais), ou une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais). Procédé selon la revendication 19, dans lequel l’étape de déposition est effectuée par une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 20, comprenant en outre une étape de déposition d’une seconde couche de revêtement. Procédé selon la revendication 21 , dans lequel l’étape de déposition de la seconde couche de revêtement est effectuée par au moins une méthode d’enduction à la racle (« doctor blade coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert (« comma coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert inversé (« reverse-comma coating » en anglais), une méthode d'impression telle que la gravure (« gravure coating » en anglais), une méthode d’enduction fente (« slot-die coating » en anglais), ou une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais). Procédé selon la revendication 22, dans lequel l’étape de déposition de la seconde couche de revêtement est effectuée par une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais). 24. Un matériau d’électrode négative obtenu selon le procédé tel que défini à l’une quelconque des revendications 1 à 23.
25. Un matériau d’électrode négative comprenant un matériau électrochimiquement actif et une couche de revêtement comprenant un matériau de revêtement à base d’une structure organométallique calcinée lithiophile comprenant au moins un métal lithiophile et au moins un ligand organique au moins en partie calciné, ladite couche de revêtement reposant sur une surface dudit matériau électrochimiquement actif.
26. Matériau d'électrode selon la revendication 25, dans lequel le matériau électrochimiquement actif comprend un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, un métal non-alcalin et non-alcalino-terreux ou un alliage comprenant au moins l’un de ceux-ci.
27. Matériau d'électrode selon la revendication 26, dans lequel le matériau électrochimiquement actif comprend un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, ou un alliage comprenant au moins un métal alcalin ou alcalino-terreux.
28. Matériau d'électrode selon la revendication 27, dans lequel le matériau électrochimiquement actif comprend du lithium métallique ou un alliage incluant ou à base de lithium métallique.
29. Matériau d'électrode selon la revendication 26, dans lequel le matériau électrochimiquement actif comprend du nickel.
30. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 29, dans lequel le matériau électrochimiquement actif est sous forme de film ayant une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d'environ 5 pm à environ 75 pm, ou allant d'environ 15 pm à environ 70 pm, ou allant d'environ 25 pm à environ 65 pm, ou allant d'environ 30 pm à environ 60 pm, ou allant d'environ 45 pm à environ 55 pm, bornes supérieure et inférieure incluses.
31. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 30, dans lequel le métal lithiophile est choisi parmi Ag, Zn, Sn, Sb, Mg, Al, Ni, Cu, Co et une combinaison d'au moins deux de ceux-ci.
32. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 31 , dans lequel le ligand organique est un ligand organique comprenant une fonction azotée, un ligand organique comprenant un carboxylate, ou un ligand organique mixte comprenant une fonction azotée et/ou un carboxylate. 33. Matériau d'électrode selon la revendication 32, dans lequel le ligand organique est l’acide 1 ,2,4,5-benzènetétracarboxylique ou l’acide 1 H-benzimidazole-6- carboxylique.
34. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, dans lequel la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 1 :
35. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, dans lequel la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 2 : Formule 2.
36. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, dans lequel la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 3 :
Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, dans lequel la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 4 : Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, dans lequel la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 5 : Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, dans lequel la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 6 :
dans laquelle, ni et ri2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, dans lequel la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 7 : dans laquelle, ni et n2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, dans lequel la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 8 :
dans laquelle, ni et n2 désignent le ratio de chaque unité et sont des nombres indépendamment choisis dans l’intervalle de 0,1 à 0,9.
42. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, dans lequel la structure organométallique lithiophile avant calcination est de Formule 9 :
Formule 9. 43. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 42, dans lequel la structure organométallique calcinée lithiophile comprend en outre une source d’argent.
44. Matériau d'électrode selon la revendication 43, dans lequel la source d’argent est un sel d’argent. 45. Matériau d'électrode selon la revendication 44, dans lequel le sel d’argent est le
AgCI ou le AgNCh.
46. Matériau d'électrode selon la revendication 44 ou 45, dans lequel le sel est présent dans un rapport métal lithiophile : argent compris dans l’intervalle allant d’environ 4:3 à environ 4:1, bornes supérieure et inférieure incluses. 47. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 46, dans lequel le matériau de revêtement comprend en outre un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant.
48. Matériau d'électrode selon la revendication 47, dans lequel l’électrolyte polymère solide est un copolymère d’oxyde d’éthylène et d’au moins un oxirane substitué comprenant une fonction réticulable.
49. Matériau d'électrode selon la revendication 48, dans lequel le copolymère comprend des unités basées sur l’oxyde d’éthylène et des unités -O-CH2-CHR, dans lesquelles R est un substituant comprenant un groupement fonctionnel réticulable par voie radicalaire et est indépendamment choisi d'une unité à l'autre.
50. Matériau d'électrode selon la revendication 49, dans lequel le copolymère comprenant en outre des unités -O-CH2-CHR', dans lesquelles R' est un substituant étant exempt de groupements fonctionnels réticulables par voie radicalaire et est indépendamment choisi d'une unité à l'autre.
51. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 48 à 50, dans lequel le copolymère possède un indice de polymolécularité (I = Mp/Mn) inférieur ou égal à 2,2 dans laquelle Mn est la masse moléculaire moyenne en nombre du copolymère et est supérieure ou égal à 20 000 et Mp est la masse moléculaire moyenne en poids.
52. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 48 à 51 , dans lequel le copolymère est réticulé.
53. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 47 à 52, dans laquelle le sel est un sel de lithium.
54. Matériau d'électrode selon la revendication 53, dans lequel le sel de lithium est choisi parmi le groupe constitué de l’hexafluorophosphate de lithium (LiPFe), du bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de lithium (LiTFSI), du bis(fluorosulfonyl)imidure de lithium (LiFSI), du 2-trifluorométhyl-4,5-dicyano- imidazolate de lithium (LiTDI), du 4,5-dicyano-1 ,2,3-triazolate de lithium (LiDCTA), du bis (pentafluoroéthylsulfonyl)imidure de lithium (LiBETI), du tétrafluoroborate de lithium (LiBF4), du bis(oxalato)borate de lithium (LiBOB), du nitrate de lithium (LiNOs), du chlorure de lithium (LiCI), du bromure de lithium (LiBr), du fluorure de lithium (LiF), du perchlorate de lithium (UCIO4), de l’hexafluoroarsénate de lithium (LiAsFe), du trifluorométhanesulfonate de lithium (USO3CF3) (LiTf), du fluoroalkylphosphate de lithium Li[PF3(CF2CF3)3] (LiFAP), du tétrakis(trifluoroacétoxy)borate de lithium Li[B(OCOCF3)4] (LiTFAB), du bis(1 ,2- benzenediolato(2-)-O,O')borate de lithium Li[B(CeO2)2] (LiBBB) et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
55. Matériau d'électrode selon la revendication 54, dans lequel le sel de lithium est le LiTFSI.
56. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 55, dans lequel la couche de revêtement a une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d'environ 1 pm à environ 20 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 19 pm, ou allant d'environ
1 pm à environ 18 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 17 pm, ou allant d'environ
1 pm à environ 16 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 15 pm, ou allant d'environ
1 pm à environ 14 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 13 pm, ou allant d'environ
2 pm à environ 12 pm, bornes supérieure et inférieure incluses.
57. Matériau d'électrode selon la revendication 56, dans lequel l’épaisseur de la couche de revêtement est comprise dans l’intervalle allant d'environ 2 pm à environ 12 pm, bornes supérieure et inférieure incluses.
58. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 57, le matériau électrochimiquement actif est lubrifié.
59. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 25 à 58, dans lequel la couche de revêtement est une première couche de revêtement et le matériau d’électrode comprend une seconde couche de matériau de revêtement.
60. Matériau d'électrode selon la revendication 59, dans lequel la seconde couche de revêtement a une épaisseur comprise dans l’intervalle allant d'environ 1 pm à environ 20 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 19 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 18 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 17 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 16 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 15 pm, ou allant d'environ 1 pm à environ 14 m, ou allant d'environ 2 pm à environ 14 pm, bornes supérieure et inférieure incluses.
61. Matériau d'électrode selon la revendication 60, dans lequel l’épaisseur de la seconde couche de revêtement est comprise dans l’intervalle allant d'environ 2 pm à environ 14 pm, bornes supérieure et inférieure incluses.
62. Matériau d'électrode selon l’une quelconque des revendications 59 à 61 , dans lequel la seconde couche de revêtement comprend un polymère non réticulé.
63. Procédé de préparation d’un matériau d’électrode tel que défini à l’une quelconque des revendications 25 à 62, le procédé comprenant une étape de déposition de la couche de revêtement à base de structure organométallique calcinée lithiophile sur la surface du matériau électrochimiquement actif.
64. Procédé selon la revendication 63, comprenant en outre une étape de déposition de la seconde couche de revêtement.
65. Procédé selon la revendication 63 ou 64, dans lequel l’étape de déposition est effectuée par au moins une méthode d’enduction à la racle (« doctor blade coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert (« comma coating » en anglais), une méthode d’enduction à intervalle de transfert inversé (« reverse- comma coating » en anglais), une méthode d'impression telle que la gravure (« gravure coating » en anglais), une méthode d’enduction fente (« slot-die coating » en anglais), ou une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais).
66. Procédé selon la revendication 65, dans lequel l’étape de déposition est effectuée par une méthode de dépôt de couche par pulvérisation (« spray deposition » en anglais).
67. Procédé selon l’une quelconque des revendications 63 à 66, comprenant en outre la préparation de la couche de revêtement à base de structure organométallique calcinée lithiophile. 68. Procédé selon la revendication 67, dans lequel la préparation de la couche de revêtement à base de structure organométallique calcinée lithiophile comprend en outre une étape de préparation de la structure organométallique calcinée lithiophile.
69. Procédé selon la revendication 68, dans lequel l’étape de préparation de la structure organométallique calcinée lithiophile comprend (i) une étape de mise en contact d’au moins un ligand organique avec au moins un précurseur de métal lithiophile afin d’obtenir une structure organométallique lithiophile, et (ii) une étape de calcination de la structure organométallique lithiophile obtenue en (i) pour obtenir la structure organométallique lithiophile calcinée.
70. Électrode négative comprenant le matériau d'électrode tel que défini à l'une quelconque des revendications 24 à 62 ou un matériau d’électrode obtenu selon le procédé tel que défini à l’une quelconque des revendications 1 à 23 ou 63 à 69 sur un collecteur de courant.
71. Électrode négative autosupportée comprenant le matériau d'électrode tel que défini à l'une quelconque des revendications 24 à 62 ou un matériau d’électrode obtenu selon le procédé tel que défini à l’une quelconque des revendications 1 à 23 ou 63 à 69.
72. Cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et un électrolyte, dans laquelle l'électrode négative est telle que définie à la revendication 70 ou 71 ou comprend un matériau d'électrode tel que défini à l'une quelconque des revendications 24 à 62.
73. Cellule électrochimique selon la revendication 72, dans laquelle l’électrode positive comprend un matériau électrochimiquement actif 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.
74. Cellule électrochimique selon la revendication 73, dans laquelle 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.
75. Cellule électrochimique selon la revendication 73 ou 74, dans laquelle le métal du 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).
76. Cellule électrochimique selon l’une quelconque des revendications 73 à 75, dans laquelle le matériau électrochimiquement actif est un phosphate de métal et de lithium.
77. Cellule électrochimique selon la revendication 76, dans laquelle le phosphate de métal et de lithium est le LiFePC
78. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 72 à 77, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte polymère solide comprenant un sel dans un polymère solvatant.
79. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 72 à 77, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte liquide comprenant un sel dans un solvant.
80. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 72 à 77, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte gel comprenant un sel dans un solvant et éventuellement un polymère solvatant.
81. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications 78 à 80, dans laquelle le sel est un sel de lithium.
82. Cellule électrochimique selon la revendication 81 , dans laquelle le sel de lithium est choisi parmi le groupe constitué de l’hexafluorophosphate de lithium (LiPFe), du bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de lithium (LiTFSI), du bis(fluorosulfonyl)imidure de lithium (LiFSI), du 2-trifluorométhyl-4,5-dicyano- imidazolate de lithium (LiTDI), du 4,5-dicyano-1 ,2,3-triazolate de lithium (LiDCTA), du bis (pentafluoroéthylsulfonyl)imidure de lithium (LiBETI), du tétrafluoroborate de lithium (LiBF4), du bis(oxalato)borate de lithium (LiBOB), du nitrate de lithium (LiNCh), du chlorure de lithium (LiCI), du bromure de lithium (LiBr), du fluorure de lithium (LiF), du perchlorate de lithium (UCIO4), de I’hexafluoroarsenate de lithium (LiAsFe), du trifluorométhanesulfonate de lithium (USO3CF3) (LiTf), du fluoroalkylphosphate de lithium Li[PF3(CF2CF3)3] (LiFAP), du tétrakis(trifluoroacétoxy)borate de lithium Li[B(OCOCF3)4] (LiTFAB), du bis(1,2- benzenediolato(2-)-O,O')borate de lithium Li[B(CeO2)2] (LiBBB) et d’une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.
83. Cellule électrochimique selon la revendication 82, dans laquelle le sel de lithium est le LiTFSI.
84. Une batterie comprenant au moins une cellule électrochimique telle que définie à l'une quelconque des revendications 72 à 83.
85. Batterie selon la revendication 84, dans laquelle ladite batterie est choisie dans 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 potassium, d’une batterie potassium-ion, d’une batterie au magnésium, et d’une batterie magnésium-ion.
86. Batterie selon la revendication 84 ou 85, dans laquelle ladite batterie est une batterie au lithium.
87. Batterie selon la revendication 84 ou 85, dans laquelle ladite batterie est une batterie lithium-ion.
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