FR3112030A1 - Utilisation d’éléments électrochimiques secondaires au lithium contenant un mélange d'un oxyde lithié de nickel et d'un phosphate lithié de manganèse et de fer pour des applications automobiles - Google Patents

Utilisation d’éléments électrochimiques secondaires au lithium contenant un mélange d'un oxyde lithié de nickel et d'un phosphate lithié de manganèse et de fer pour des applications automobiles Download PDF

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Abstract

L’utilisation d'un mélange d'un oxyde lithié de nickel et d'un phosphate lithié de manganèse et de fer comme composition de matériaux actifs dans la cathode d'un élément électrochimique secondaire au lithium pour des applications automobiles, telles que des véhicules hybrides et électriques. Ce mélange permet de diminuer la porosité d'une cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer. Il permet également d'améliorer la détectabilité d'un dégagement gazeux dans l’élément en cas de fonctionnement anormal de l’élément. Il permet d'abaisser l'impédance de l’élément, pour un faible état de charge, généralement inférieur à 30 %, et de réduire l'augmentation d'impédance de l’élément pendant la durée de vie de l’élément.

Description

Utilisation d’éléments électrochimiques secondaires au lithium contenant un mélange d'un oxyde lithié de nickel et d'un phosphate lithié de manganèse et de fer pour des applications automobiles
Domaine technique de l’invention
L'invention concerne le domaine technique des éléments électrochimiques secondaires au lithium utilisées pour alimenter des véhicules électriques et des véhicules électriques hybrides.
Contexte de l'invention
Les véhicules électriques (EV) et hybrides (HEV) font rapidement leur entrée sur les principaux marchés automobiles. Les véhicules électriques nécessitent une forte autonomie et une longue durée de vie tandis que les véhicules hybrides mettent l'accent sur une bonne puissance et une longue durée de vie. Toutes les applications automobiles profitent actuellement de deux technologies courantes: 1) les cathodes à base d’oxydes de nickel, tels que les oxydes de nickel manganèse cobalt (NMC) ou les oxydes de nickel cobalt aluminium (NCA) ou une combinaison de ces deux oxydes et 2) les cathodes à base de phosphate lithié de fer (LFP). Les deux solutions offrent des avantages mais présentent également des inconvénients.
Les solutions Li-ion à base de NMC et de NCA fournissent l’énergie la plus élevée, ainsi la meilleure autonomie pour les véhicules électriques. Un bon élément NMC délivre plus de 250 Wh/kg et 500 Wh/L. Cela permet aux constructeurs automobiles de concevoir des véhicules d'une autonomie de 480 à 640 km (300 à 400 milles). Cependant, les solutions à base d’oxydes de nickel posent aussi des problèmes. Les matériaux de cathode en oxyde de nickel sont notoirement très réactifs dans des conditions abusives. La recherche de plus d'énergie et de coûts inférieurs pousse les consommateurs à utiliser des matériaux de cathode NMC et NCA à haute teneur en Ni et à faible teneur en Co. Des exemples typiques sont des formulations comme NMC 6:2:2 et 8:1:1 contenant 60% et 80% de nickel respectivement. Ces matériaux à très haute teneur en nickel se comportent considérablement moins bien dans des conditions abusives. Dans un emballement thermique, des éléments à base de NMC et de NCA présentent une température dépassant 700 °C et l'utilisation de ces matériaux requiert de la prudence. De plus, les cathodes en oxyde de nickel présentent des limitations en terme d'impédance dans les zones d’état de charge (SOC) transitoires, où les matériaux subissent un changement de phase, ainsi que dans le domaine à faible SOC (<30%) où la diffusion de Li est enmpêchée. Cette dernière limitation réduit significativement l'énergie disponible à haute puissance et à basse température. En outre, l'impédance de cathodes de LMC et de NCA augmente avec la vie de la batterie, ce qui nécessite un surdimensionnement du système complet jusqu'à compenser la perte de puissance en fin de vie. De plus, une impédance élevée génère de la chaleur et limite la puissance qu'un véhicule EV ou HEV peut fournir.
La solution LFP répond dans une certaine mesure aux préoccupations de sécurité d’utilisateurs de véhicules EV. Les cathodes LFP ne se décomposent pas thermiquement et n’apportent pas de chaleur lors d'un événement abusif. Les cathodes LFP sont également mieux adaptées pour fournir une impédance stable sur toute la plage SOC. L'impédance des cathodes LFP est assez stable pendant la durée de vie de la batterie et du véhicule. La stabilité de l'impédance contribue à une performance en puissance stable du véhicule EV ou HEV. Cependant, LFP présente également certains inconvénients clés. Plus important encore, comme les cathodes Li-ion LFP fonctionnent à un potentiel plus faible, les éléments Li-ion basées sur LFP fournissent respectivement environ 30% d'énergie et de puissance en moins par rapport aux solutions NMC et NCA. L'absence d'excès de Li dans la cathode force la tension d’un système basé sur LFP à une montée subite pendant la surcharge fournissant peu d'avertissement d’un événement. La tension plate du système rend également difficile et coûteuse la gestion de l’état de charge SOC et le maintien du système dans une plage de SOC contrôlable.
Les phosphates lithiés de manganèse fer (LMFP) sont d'autres matériaux de la famille des olivines. De même que pour LFP, des éléments utilisant LMFP se comportent mieux dans des conditions abusives. Le LMFP est caractérisé par deux plateaux de tension consécutifs à 3,5 V et 4,05 V par rapport au Li métal pour les couples Fe3+/Fe2+et Mn4+/Mn3+respectivement, tandis que le LFP présente une tension en circuit ouvert de 3,45 V par rapport au Li métal. Des cathodes à base LMFP devraient offrir une quantité d'énergie plus élevée que les cathodes à base de LFP. La difficulté dans l'utilisation de LMFP seul pour les applications automobiles vient des propriétés de base du matériau. Malgré le potentiel de fonctionnement plus élevé, la capacité spécifique du LMFP est toujours limitée à 170 mAh/gramme. Les matériaux LMFP ont une faible densité et ils ont une surface spécifique extrêmement élevée (généralement mesurée selon la technique BET). En raison de sa forte surface spécifique, l’électrode comprenant le matériau LMFP seul présente généralement une forte porosité, typiquement 40% ou plus. Cette valeur élevée de porosité rend la production d'électrodes pour éléments électrochimiques de forte énergie impossible et le matériau LMFP seul est peu susceptible de fournir l'énergie, et donc l’autonomie requises par les véhicules électriques. Une porosité plus faible permettrait une énergie plus élevée, une densité de puissance plus élevée et une plus grande autonomie. Par conséquent, il existe un besoin d'une cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer qui présenterait une porosité plus faible, et donc une densité plus élevée. Des valeurs de porosité aussi basses que 35%, de préférence aussi basses que 25% sont recherchées.
En outre, il a été observé que lorsqu'une cathode à base de LMFP s'approche ou dépasse même 100% de SOC, elle libère de la chaleur de manière soudaine. Lorsque le dispositif de sécurité associé à l’élément est activé par la chaleur et stoppe le courant, l’élément peut déjà avoir atteint une température élevée, telle que 130-140 °C. A une température aussi élevée, le séparateur de l’élément peut commencer à fondre, ce qui met en contact les électrodes de polarités opposées. Cela conduit à un court-circuit interne qui peut à son tour conduire à un emballement thermique de l’élément. L'emballement thermique peut finalement conduire à une destruction complète de la batterie et exposer le conducteur de la voiture à un risque d'incendie. Le dégagement très rapide de gaz généré par la chaleur rend dangereuse l'utilisation de LMFP en tant que matériau de cathode d'un élément électrochimique secondaire au lithium dans des conditions réelles d'utilisation d’un véhicule électrique. Il existe donc un besoin pour un élément électrochimique secondaire au lithium ayant une cathode à base de LMFP dans laquelle le dégagement gazeux se produit progressivement lorsque l’élément approche ou dépasse 100% SOC. Cela pourrait permettre une détection plus prévisible de la fin de charge par le système de gestion de la batterie.
À cette fin, l'invention propose un mélange d'au moins un oxyde lithié de nickel et et d'au moins un phosphate lithié de manganèse et de fer en tant que composition de matériaux actifs de cathode d'un élément électrochimique secondaire au lithium. L’élément électrochimique secondaire au lithium peut faire partie d'une batterie fournissant de l'énergie électrique à un véhicule électrique ou à un véhicule électrique hybride. Il a été découvert de manière inattendue que l'ajout d'un oxyde lithié de nickel au phosphate lithié de manganèse et de fer permet de diminuer la porosité de la cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer. Des valeurs de porosité inférieures à 40%, typiquement inférieures ou égales à 35% et même inférieures ou égales à 30% peuvent être obtenues. L'avantage de réduire la porosité de la cathode est une densité d'énergie plus élevée de la batterie, donc une plus grande autonomie pour le véhicule EV ou HEV. Un objet de la présente invention est donc l'utilisation d'un oxyde lithié de nickel dans une cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer d'un élément électrochimique secondaire au lithium pour abaisser la porosité de la cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer.
En outre, il a été découvert de manière inattendue que l'ajout d'un oxyde lithié de nickel au phosphate lithié de manganèse et de fer permet de réduire la vitesse à laquelle l'énergie est libérée. Il est possible d'obtenir une augmentation progressive de la pression du gaz à l'intérieur de l’élément lorsque celui-ci approche de 100% SOC. Cela permet une activation plus lente du dispositif de sécurité de l’élément. L'avantage est une sécurité accrue du conducteur. Le système de gestion de la batterie est capable de détecter l'état de charge complet à un stade précoce et de prendre les mesures nécessaires pour arrêter la charge avant le début d'un emballement thermique. L'avantage est une détection de fin de charge plus facile et une gestion plus facile de la batterie par le système de gestion de batterie. Un autre objet de l'invention est donc l'utilisation d'un oxyde lithié de nickel dans une cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer d'un élément électrochimique secondaire au lithium pour améliorer la détection d'un flux gazeux libéré dans l’élément lorsque l’élément est surchargé. Le flux gazeux peut activer un dispositif de sécurité. Le dispositif de sécurité peut être activé par une surpression ou une température excessive à l'intérieur de l’élément. Le dispositif de sécurité peut être une pièce de connexion électriquement conductrice connectant électriquement au moins une anode ou au moins une cathode de l’élément à une borne de même polarité, une surpression dans l’élément provoquant une interruption du passage de courant dans la pièce de connexion.
Un autre avantage technique associé à l'utilisation d'un mélange d'un oxyde lithié de nickel et d'un phosphate lithié de manganèse et de fer est la possibilité d'obtenir une composition de matériaux actifs de cathode présentant à la fois une capacité massique élevée et une faible impédance. La faible impédance est observée même à de faibles valeurs d'état de charge, généralement inférieures à 30% SOC. Grâce à une impédance inférieure, des courants de décharge élevés, généralement supérieurs à C/2, peuvent être obtenus même à basses températures, C étant la capacité nominale de l’élément. Une gamme étendue d'états de charge permet de fournir une énergie plus élevée. Combiné avec la possibilité de décharger l’élément à un courant plus élevé, cela procure une autonomie plus élevée pour le véhicule électrique ou hybride. L'invention réduit également l'augmentation d'impédance au cours de la durée de vie de l’élément. La durée de vie de l’élément est ainsi prolongée. Un autre objet de l'invention est ainsi l'utilisation de phosphate lithié de manganèse et de fer dans une cathode à base d’oxyde lithié de nickel d'un élément électrochimique secondaire au lithium pour abaisser l'impédance de l’élément, pour un état de charge inférieur ou égal à 30%. Un autre objet de l'invention est l'utilisation de phosphate lithié de manganèse et de fer dans une cathode à base d'oxyde lithié de nickel d'un élément électrochimique secondaire au lithium pour réduire l'augmentation d'impédance de l’élément pendant le cyclage de l’élément.
D escription des modes de réalisation de l'invention
Selon l’invention, la cathode de l’élément électrochimique secondaire au lithium comprend une composition de matériaux actifs, ladite composition comprenant un mélange d'au moins un oxyde lithié de nickel et au moins un phosphate lithié de manganèse et de fer. L'oxyde lithié de nickel a une structure cristalline lamellaire. Le phosphate lithié de manganèse et de fer a la même structure cristalline que l'olivine.
L'oxyde lithié de nickel peut être choisi parmi :
Liw(NixMnyCozMt)O2(NMC) où 0,9≤w≤1,1 ; x>0 ; y>0 ; z>0 ; t≥0; M étant choisi dans le groupe constitué de Al, B, Mg, Si, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, W, Mo et leurs mélanges, et
Liw(NixCoyAlzMt)O2(NCA) où 0,9≤w≤1,1 ; x>0 ; y>0 ; z>0 ; t≥0; M étant choisi dans le groupe constitué de B, Mg, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, W, Mo et leurs mélanges.
Dans un mode de réalisation, l'oxyde lithié de nickel est Liw(NixMnyCozMt)O2(NMC) où 0,9≤w≤1,1 ; x>0 ; y>0 ; z>0 ; t≥0; M étant choisi dans le groupe constitué de Al, B, Mg et leurs mélanges. De préférence, M est Al et t≤0,05. L'élément de transition majoritaire est de préférence le nickel, c'est-à-dire x≥0,5, encore plus préférentiellement x≥0,6. Une quantité élevée de nickel dans l’oxyde lithié de nickel est préférable car elle fournit une énergie élevée à l’oxyde lithié de nickel. L'oxyde lithié de nickel peut être Liw(NixMnyCozMt)O2où 0,9≤w≤1,1 ; x≥0,6 ; y≥0,1 ; z≥0,1 ; t≥0; M étant choisi dans le groupe constitué de Al, B, Mg, Si, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, W, Mo et leurs mélanges. Par exemple, l’oxyde lithié de nickel peut être choisi parmi LiNi0,6Mn0,2Co0,2O2et LiNi0,8Mn0,1Co0,1O2.
Dans un autre mode de réalisation, l'oxyde lithié de nickel est
Liw(NixCoyAlzMt)O2où 0,9≤w≤1,1 ; x>0 ; y>0 ; z>0 ; t≥0; M étant choisi dans le groupe constitué de B, Mg et leurs mélanges. De préférence, 0,70≤x≤0,9 ; 0,05≤y≤0,25 ;
z≤0,10 ; t=0 et x+y+z+t=1. De manière davantage préférée 0,75≤x≤0,85 ; 0,10≤y≤0,20. L'oxyde lithié de nickel peut avoir la formule LiNi0,8Co0,15Al0,05.
Le phosphate lithié de manganèse et de fer possède la formule suivante : LixMn1 - y - zFeyMzPO4où 0,8≤x≤1,2 ; 1>1-y-z≥0,5 ; 0<y≤0,5 ; 0≤z≤0,2 et M est choisi dans le groupe constitué de B, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb et Mo. Dans un mode de réalisation, 0,9≥1-y-z≥0,7 ou
0,9≥1-y-z≥0,75. Dans un mode de réalisation, 0,15≥y≥0,25.
Les formules typiques du phosphate lithié de manganèse et de fer sont LiMn0,8Fe0,2PO4, LiMn0,7Fe0,3PO4, LiMn2/3Fe1/3PO4et LiMn0,5Fe0,5PO4. Le phosphate lithié de manganèse et de fer peut être enrobé par une couche d'un matériau conducteur, tel que du carbone.
La composition des matériaux actifs cathodiques peut contenir des matériaux actifs autres que le au moins un oxyde lithié de nickel et le au moins phosphate lithié de manganèse et de fer. De préférence, la composition des matériaux actifs cathodiques ne contient aucune matière active autre que le au moins un oxyde lithié de nickel et le au moins un phosphate lithié de manganèse et de fer. La cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer contient un mélange de matériaux actifs qui peut comprendre ou consister en :
- de 90 à 50 % en poids ou de 80 à 60 % en poids ou de 70 à 60 % en poids de phosphate lithié de manganèse et de fer par rapport à la somme des masses de toutes les matériaux actifs,
- de 10 à 50 % en poids ou de 20 à 40 % en poids ou de 30 à 40% en poids d'oxyde lithié de nickel par rapport à la somme des masses de tous les matériaux actifs.
Le phosphate lithié de manganèse et de fer et l’oxyde lithié de nickel peuvent avoir les formules décrites ci-dessus.
Le mélange peut être constitué:
- d'environ 90% en poids de phosphate lithié de manganèse et de fer par rapport à la somme des masses de toutes les matériaux actifs,
- d'environ 10% en poids d'oxyde lithié de nickel par rapport à la somme des masses de tous les matériaux actifs. Un tel mélange présente une porosité inférieure ou égale à 35% et une capacité par unité de surface de couche déposée sur le collecteur de courant de 42 mg/cm2(3 mAh/cm2) pour les éléments prismatiques et de 46,4 mg/cm2(3,3 mAh/cm2) pour les éléments de type pochette.
Le mélange peut également consister en :
- environ 70% en poids de phosphate lithié de manganèse et de fer par rapport à la somme des masses des matériaux actifs,
- environ 30% en poids d'oxyde lithié de nickel par rapport à la somme des masses des matériaux actifs.
Le mélange peut également consister en:
- environ 50 % en poids de phosphate lithié de manganèse et de fer par rapport à la somme des masses des matériaux actifs,
- environ 50% en poids d'oxyde lithié de nickel par rapport à la somme des masses des matériaux actifs. Un tel mélange présente une porosité inférieure ou égale à 25% et une capacité par unité de surface de couche déposée sur le collecteur de courant de 42,6 mg/cm2(3,36 mAh/cm2).
La porosité de l'électrode est définie comme le pourcentage du volume des pores par rapport au volume géométrique de l'électrode. Le volume des pores englobe le volume de vide présent entre les particules des composés dans la couche déposée sur le collecteur de courant de l'électrode et le volume des pores à l'intérieur des particules des composés dans la couche déposée sur le collecteur de courant de l’électrode. Les pores à l'intérieur des particules englobent les pores accessibles et les pores inaccessibles. La porosité de l'électrode peut être obtenue à partir des deux suivants méthodes:
- Dans une première méthode, la technique au mercure est utilisée pour déterminer le volume des pores. Le volume géométrique de l'électrode est obtenu en multipliant l'épaisseur de la couche déposée sur le collecteur de courant par la surface recouverte par la couche. La porosité est obtenue en calculant le rapport entre le volume des pores et le volume géométrique de l'électrode.
- Dans une deuxième méthode, la densité théorique dtrueest calculée à partir de la densité de chaque composé de la couche déposée sur le collecteur de courant. La densité apparente dbulkest calculée en connaissant la masse et le volume de la couche déposée sur le collecteur de courant.
La relation qui relie la porosité à la densité théorique et à la densité apparente est la suivante: Porosité=1-(dbulk/ dtrue).
La porosité d'une cathode contenant du phosphate lithié de manganèse et de fer comme unique matière active est généralement d'au moins 40%. L'addition de seulement 10% en poids d'oxyde lithié de nickel au phosphate lithié de manganèse et de fer est suffisante pour réduire la porosité de la cathode à environ 35%. L'addition de 50% en poids d'oxyde lithié de nickel réduit la porosité à environ 25%. La porosité de la cathode du mélange est généralement comprise entre 25 et 35%. Grâce à la réduction de porosité, l'invention permet de préparer une cathode contenant une quantité plus élevée de phosphate lithié de manganèse et de fer par unité de surface. Le mélange de LMFP avec NMC ou NCA surmonte le problème de la faible densité en permettant d'atteindre des électrodes à faible porosité et rend ainsi possible un système LMFP à haute énergie.
Le mélange de l'au moins un oxyde lithié de nickel et le au moins un phosphate lithié de manganèse et de fer permet également une libération plus progressive de gaz dans le conteneur de élément dans le cas où l’élément est soumis à une surcharge. Par conséquent, la pression à l'intérieur de l’élément augmente progressivement. La libération de chaleur se produit à une vitesse plus faible que lorsque le phosphate lithié de manganèse et de fer est utilisé comme seule matière active. L'augmentation progressive de la pression permet l'activation d'un dispositif de sécurité avant que la température n'atteigne une valeur seuil au-delà de laquelle le risque d'emballement thermique est important. Ce résultat est inattendu car il est connu dans l'art que les phosphates de la famille des olivines sont plus stables thermiquement que les oxydes lithiés de nickel. La demanderesse a constaté que, bien que les oxydes lithiés de nickel produisent une plus grande quantité d'énergie lorsqu’ils sont surchargés, la quantité d'énergie est libérée d'une manière plus progressive améliorant ainsi la détectabilité d'un état de surcharge. Le gaz est libéré à une vitesse permettant l'activation du dispositif de sécurité avant le début d'un emballement thermique. Typiquement, lorsque la cathode contient un mélange d'un oxyde lithié de nickel et d'un phosphate lithié de manganèse et de fer, le dispositif de sécurité s'active à moins de 130-140 °C tandis que lorsque la cathode ne contient que du phosphate lithié de manganèse et de fer, le dispositif de sécurité s'active à une température d'au moins 130 °C. Le signal de dégagement de gaz fourni par le mélange permet de détecter plus tôt que l'état de charge de l’élément approche 100%. Le signal de dégagement de gaz procuré par les cathodes d'oxyde de nickel fournit un outil d'avertissement et d'atténuation supplémentaire pour la gestion des conditions d’utilisation abusive du système.
Un autre avantage de l'invention est que l'ajout de LMFP compense l'augmentation d'impédance des cathodes à base d’oxyde de nickel, pour un faible état de charge en maximisant ainsi l'utilisation du matériau de cathode NMC ou NCA quel que soit le régime ou température. De cette façon, en utilisant la cathode à base d’un mélange LMFP / NMC (ou NCA), des densités d'énergie de cathode à moins de 3% à 5% des cathodes à base uniquement d'oxyde de nickel peuvent être obtenues. Le mélange selon l'invention peut être utilisé dans la cathode d'un élément électrochimique secondaire au lithium destiné à alimenter un véhicule hybride ou électrique. L'augmentation de la densité d'énergie procure une plus grande autonomie au véhicule électrique.
De plus, les tensions des cathodes LMFP et d'oxyde de nickel sont complémentaires, créant une courbe d’état de charge SOC avec des pentes et des plateaux. Le LMFP présente deux plateaux de tension à 3,5 V/Li° et 4,05 V/Li° tandis que NMC donne une pente depuis 3,5 V jusqu’à la tension de fin de charge. Une telle courbe SOC permet une gestion facile du SOC. L'excès de Li dans une cathode à base de nickel permet une augmentation progressive de la tension pendant la surcharge et permet la détection et la prévention par l'électronique. L'avantage est une détection de fin de charge plus facile et une gestion plus facile de la batterie par le système de gestion de batterie.
Le phosphate lithié de manganèse et de fer et l'oxyde lithié de nickel peuvent être mélangés par n'importe quel procédé connu dans l'art, tel qu'un broyeur à billes. La cathode est préparée de manière conventionnelle. Elle est constituée d'un support conducteur utilisé comme collecteur de courant qui est revêtu d'une couche contenant la composition de matériaux actifs et contenant en outre un liant et un matériau conducteur. Le mélange de matériaux actifs est généralement mélangé à un ou plusieurs liants, dont la fonction est de lier les particules de matériau actif entre elles et de les lier au collecteur de courant sur lequel elles sont déposées. Le collecteur de courant est de préférence un support conducteur bidimensionnel tel qu'une bande pleine ou perforée, généralement en aluminium ou en alliage d'aluminium. Les liants qui peuvent être typiquement utilisés sont choisis dans le groupe constitué par le fluorure de polyvinylidène (PVdF), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polyamideimide (PAI), le polyimide (PI), le caoutchouc styrène-butadiène (SBR), le caoutchouc nitrile-butadiène hydrogéné (HNBR), l'alcool polyvinylique, l'acide polyacrylique et un mélange de ceux-ci. Le matériau conducteur est généralement du carbone. Un solvant est ajouté au mélange résultant. On obtient une pâte qui est déposée sur l'une ou les deux faces du collecteur de courant. Le collecteur de courant enduit de pâte est laminé pour ajuster son épaisseur.
La composition de la pâte déposée sur le collecteur de courant peut être la suivante:
- de 75 à 96 % de la composition de matériax actifs, de préférence de 80 à 90 %.
- de 2 à 15% de liant(s), de préférence 4 %;
- de 2 à 10% de carbone, de préférence 4 %.
Les éléments sont fabriqués de manière conventionnelle. La cathode, un séparateur et l'anode sont superposés. L'ensemble est enroulé (respectivement empilé) pour former le faisceau électrochimique spiralé (respectivement l'empilement électrochimique). Une pièce de connexion est fixée au bord de la cathode et connectée à la borne de sortie de courant. L'anode peut être connectée électriquement au conteneur de l’élément. Inversement, la cathode pourrait être connectée au conteneur et l'anode à une borne de sortie de courant. Après avoir été insérée dans le conteneur, l'empilement électrochimique est imprégné d'un électrolyte organique. Ensuite, l’élément est fermé de manière étanche. Le conteneur peut également être pourvu de manière classique d'une soupape de sécurité provoquant l'ouverture de l’élément en cas de pression de gaz interne dépassant une valeur prédéterminée. La forme du conteneur n'est pas limitée, il peut s'agir d'une forme cylindrique ou d'une forme prismatique dans le cas d'électrodes planes.
Plusieurs éléments électrochimiques peuvent être connectés en série ou en parallèle ou en parallèle-série ou en série-parallèle pour former un module. Les éléments sont réunis dans un même boitier formant l'enveloppe du module, chaque élément étant équipé des dispositifs nécessaires à la connexion électrique aux autres éléments du module, par exemple sous forme de bandes métalliques (« busbars »), des dispositifs de mesure des paramètres de fonctionnement de l’élément (température, tension, courant) et éventuellement des dispositifs de sécurité (soupapes, joint à membrane). Les modules sont connectés entre eux pour former la batterie qui peut être utilisée pour alimenter un véhicule électrique pur ou un véhicule hybride ou un véhicule hybride rechargeable.

Claims (5)

  1. Utilisation d'un oxyde lithié de nickel dans une cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer d'un élément électrochimique secondaire au lithium pour abaisser la porosité de la cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer.
  2. Utilisation selon la revendication 1, dans lequel la cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer contient un mélange de matériaux actifs comprenant:
    - de 90 à 50% en poids de phosphate lithié de manganèse et de fer, le phosphate lithié de manganèse et de fer ayant pour formule :
    LixMn1-y-zFeyMzPO4où 0,8≤x≤1,2 ; 1>1-y-z≥0,5 ; 0<y≤0,5 ; 0≤z≤0,2 et M est choisi dans le groupe constitué de B, Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb et Mo
    - de 10 à 50% en poids de l'oxyde lithié de nickel, l'oxyde lithié de nickel étant choisi parmi :
    Liw(NixMnyCozMt)O2(NMC) où 0,9≤w≤1,1 ; x>0 ; y>0 ; z>0; t≥0 ; M étant choisi dans le groupe constitué de Al, B, Mg, Si, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, W, Mo et leurs mélanges, et
    Liw(NixCoyAlzMt)O2(NCA) où 0,9≤w≤1,1 ; x>0 ; y>0 ; z>0; t≥0; M étant choisi dans le groupe constitué de B, Mg, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, W, Mo et leurs mélanges.
  3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer contient un mélange de matériaux actifs constitué de 10 % en poids de l'oxyde lithié de nickel et 90 % en poids du phosphate lithié de manganèse et de fer et la porosité de la cathode est inférieure ou égale à 35%.
  4. Utilisation selon l'une quelconque des revendication 1 et 2, dans laquelle la cathode à base de phosphate lithié de manganèse et de fer contient un mélange de matériaux actifs constitué de 50 % en poids de l'oxyde lithié de nickel et 50 % en poids du phosphate lithié de manganèse et de fer et la porosité de la cathode est inférieure ou égale à 25%.
  5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’élément électrochimique secondaire au lithium fait partie d'une batterie fournissant de l'énergie électrique à un véhicule électrique ou à un véhicule électrique hybride.
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