Les batteries lithium-ion (BLI) sont fabriquées selon un processus en plusieurs étapes combinant divers matériaux actifs et inactifs. Le choix des matériaux et les conditions de traitement peuvent avoir une incidence considérable sur les performances finales de la batterie. En particulier, les électrodes sont considérées comme l’un des composants dont l’influence est la plus importante sur les performances des batteries. La qualité des électrodes contribue directement à la densité énergétique et aux performances électrochimiques de l’ensemble des batteries.

La fabrication des électrodes est très complexe et consiste à mélanger des matériaux actifs, des liants et des additifs conducteurs dans une couche de boue sur le collecteur métallique. L’électrode est ensuite séchée et calandrée (compactée). Lors de la fabrication des électrodes, les formulations de boues doivent être stables pendant le stockage, se disperser facilement et s’écouler pour produire un revêtement uniforme. La caractérisation des boues pour une formulation et un traitement optimaux est une étape cruciale pour l’amélioration des performances de l’ensemble de la batterie.

La rhéologie, c’est-à-dire l’étude de l’écoulement et de la déformation des matériaux sous contrainte, joue un rôle crucial dans le développement et l’optimisation des boues d’électrodes. Comme nous l’avons vu dans un blog précédent, la rhéologie des boues d’électrodes de batterie implique la mesure de la viscosité, du comportement thixotropique et de la limite d’élasticité, trois propriétés cruciales pour garantir un revêtement et une stabilité adéquats.

Another important element of electrode performance is electrical conductivity. Lithium-ion battery cathodes typically include conductive additives such as carbon black particles to compensate for the poor conductivity of the active materials. The carbon black particles agglomerate around the active particles to form a percolation network to conduct electrons to the current collector. The conductive network structure is highly important to the final electrode performance, but shear-induced changes during coating can disrupt the electrically conductive network.

Impedance spectroscopy provides insight on the conductive material dispersion in the slurry but does not account for shear-induced changes from the coating process. Simultaneous rheology and electrochemical impedance spectroscopy directly measure shear-induced changes in the microstructure, replicating slurry coating conditions and enabling measurements of time-dependent recovery after shear. This measurement confirms that the electrically conductive network is maintained in the finished electrode, predicting successful electrode performance prior to full battery assembly.

The new Discovery Hybrid Rheometer Rheo-Impedance Spectroscopy accessory achieves unmatched data quality in both dielectric impedance and rheology measurements. The novel design eliminates the need for electrical contact with the upper tool, which limits the measurement range, and instead positions both electrodes on a lower plate with the insulated upper parallel plate geometry as a conductor. The Rheo-Impedance accessory enables testing across the full range of the DHR’s torque sensitivity, enabling precise characterization of viscosity, yield stress, viscoelasticity, and structure recovery.

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