Des objectifs ambitieux pour l’intensité énergétique élevée, la charge plus rapide, la puissance plus élevée, la durée de vie plus longue et les exigences de sécurité de l'industrie émergente des véhicules électriques incitent les fabricants de batterie Li-ion à choisir les meilleurs matériaux pour les cellules de batterie. Seule cette approche permettra de rivaliser sur ce marché en développement dynamique. La performance est essentielle.
Les nanotubes de graphène TUBALL™ (ou nanotubes de carbone à paroi simple) sont le matériau le plus conducteur d'électricité et le plus résistant à utiliser dans les formulations de batteries Li-ion Ces propriétés uniques et d'autres des nanotubes, telles que le rapport de la longueur au diamètre élevé, la flexibilité et la capacité à créer des réseaux conducteurs et de renforcement tridimensionnels dans les matériaux actifs, permettent aux nanotubes TUBALL™ d'augmenter les performances des batterie Li-ion même à des doses de fonctionnement ultra-faibles.
Le SEM montre que même des nanotubes de graphène TUBALL™ à 0,08 % dans le matériau actif NCM 811 recouvrent complètement la surface du matériau actif et lient les particules entre elles.
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Grâce à leurs propriétés uniques, les nanotubes de graphène surclassent la concurrence et offrent des améliorations significatives dans les performances des batterie Li-ion en termes de puissance de décharge, de densité d'énergie, d'adhérence et de sécurité. Les additifs cathodiques conducteurs traditionnels – le noir de carbone et les nanotubes de carbone multi-feuillets – ne peuvent pas démontrer de telles caractéristiques.
En raison de la conductivité électrique élevée des nanotubes de graphène par rapport à d'autres additifs conducteurs, l'utilisation de TUBALL™ dans la cathode peut simultanément améliorer deux caractéristiques importantes et obtenir une décharge rapide et une capacité de batterie élevée.
Moins de 0,1 % TUBALL™ fournit l’intensité énergétique plus élevée. C'est de 10 à 60 fois moins que la concentration efficace typique de nanotubes de carbone multi-feuillets ou de noir de carbone comme additif conducteur. Seulement 100 grammes de nanotubes TUBALL™ peuvent remplacer 5 kg de noir de carbone conducteur d'électricité dans les batteries de véhicules électriques modernes.
Les réseaux de nanotubes maintiennent les particules de matériau de cathode ensemble, augmentant la force de liaison entre elles.
En tant que matériau le plus conducteur pouvant être utilisé dans les formulations de batterie Li-ion, les nanotubes de graphène TUBALL™, même à des concentrations ultra-faibles, réduisent la résistance interne des cellules (DCR). Les réseaux TUBALL™ stables sont retenus dans le matériau de la cathode même après plusieurs cycles de charge/décharge et le stockage de la batterie, maintenant le DCR bas après un stockage et un cyclage à haute température.
Plus le DCR de la batterie est bas, plus la température de chauffage sera basse et, par conséquent, le risque d'incendie de la batterie est réduit. Les nanotubes de graphène TUBALL™ offrent un avantage essentiel en matière de sécurité.
Pour faciliter l'utilisation de nanotubes de graphène dans les matériaux de cathode à base de LCO, LFP, NCM et d'autres matériaux actifs, OCSiAl a développé un produit TUBALL™ BATT prêt à l'emploi, contenant des nanotubes hautement dispersés dans une variété de supports liquides. Les dispersions TUBALL™ BATT permettent d'incorporer des nanotubes dans une électrode sans avoir besoin d'équipement supplémentaire dans le processus de fabrication de batterie existant.
Avantages de TUBALL™ BATT pour les cathodes:
Lorsqu'il est utilisé dans l'anode, TUBALL™ résout le problème principal des anodes en silicium – la faible durée de vie.
Pour des informations détaillées sur TUBALL™ BATT pour cathodes, reportez-vous à la fiche produit ci-dessous ou contactez-nous.
Comment fonctionnent les nanotubes à l'intérieur d'une électrode? (eng)
Batteries à base de SWCNT: présent et futur (Andrey Senyut, OCSiAl Energy) (eng)
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High thickness and specific capacity leads to areal capacities of up to 45 and 30 mAh cm−2 for anodes and cathodes, respectively. Combining optimized composite anodes and cathodes yields full cells with state-of-the-art areal capacities (29 mAh cm−2) and specific/volumetric energies (480 Wh kg−1 and 1,600 Wh l−1).
Replacing Denka black with SWCNT allows to reduce the carbon content to 0.2 wt% to further increase the energy density, and 2 wt% of PVDF was shown to benefit the cycling stability due to the mitigated PVDF-induced side reactions from its direct contact with NCA particles.
100 μm thick electrodes with mass loadings 2 of ∼15 mg/cm2 were produced. While carbon black or graphene loadings of >10 wt % are required to reach OOP conductivities of 1 S/ m, this level can be achieved with ∼1 wt % of carbon nanotubes.
With minimum inactive components (i.e., binder and conductive agents), the proposed electrode structure delivers good cycling stability and rate capability under high areal loading (as high as 200 mg cm−2).
