Le stockage électrochimique est le moyen le plus efficace de stocker l'énergie produite à partir de sources renouvelables. La batterie lithium-ion (LIB) est à la pointe du stockage électrochimique de l'énergie. Traditionnellement, la production d'électrodes pour les LIB nécessitait l'utilisation de solvants dangereux comme le NMP en raison des fluoropolymères utilisés pour maintenir ensemble le matériau actif et le matériau conducteur sur le collecteur de courant. Ces systèmes de liants à base de solvants sont un facteur déterminant du coût et du respect de l'environnement des LIB.
Le rôle d'un liant dans les électrodes de batteries lithium-ion
Les électrodes de batterie sont composées de 3 composants principaux : le matériau actif, un additif conducteur et un liant polymère. Le matériau actif fournit les réactions électrochimiques nécessaires pour alimenter la batterie et le matériau conducteur contribue à faciliter le flux d'électricité. Souvent négligé, le liant polymère est utilisé pour assurer l'intégrité mécanique de l'électrode pendant la fabrication et assurer une dispersion et une adhérence optimales du matériau actif et de l'additif conducteur au collecteur de courant. Traditionnellement, des fluoropolymères comme le PVDF ont été utilisés à cette fin, mais à mesure que la demande de LIB augmente, il devient nécessaire de passer à des liants « verts » plus respectueux de l'environnement.
Liants aqueux et liants solvantés
Comme mentionné ci-dessus, les liants à base de solvants présentent un certain nombre de préoccupations en ce qui concerne l'impact environnemental, la fabrication et le coût des batteries lithium-ion. Les avantages de l'utilisation d'un liant aqueux comme TEXTURECEL™ par rapport à un polymère à base de solvant sont décrits ci-dessous.
Impact environnemental
Les fluoropolymères utilisés comme liants d'électrodes sont eux-mêmes tératogènes et mutagènes. De plus, ils nécessitent l'utilisation de solvants dangereux comme le NMP, qui est strictement réglementé par de nombreux pays en raison des effets graves et irréversibles qu'il peut avoir sur la santé humaine et l'environnement. Par ailleurs, les liants aqueux tels que la carboxyméthylcellulose TEXTURECEL™ ne sont pas dangereux et ne nécessitent que l'utilisation d'eau pour leur fabrication. De plus, la basse température de séchage et le temps de séchage raccourci des liants aqueux TEXTURECEL™ entraînent une diminution significative des émissions de dioxyde de carbone.
Fabrication
La préparation de boues d'électrodes à base de solvant nécessite des systèmes de ventilation spéciaux pour protéger les travailleurs, et le solvant doit être récupéré pendant l'étape de séchage afin d'éviter tout rejet dans l'environnement. La préparation de boues d'électrodes à base d'eau ne nécessite que des EPI standard et il n'y a pas d'étape supplémentaire de récupération d'un solvant dangereux pendant le séchage. De plus, les liants aqueux sèchent plus rapidement que les liants à base de solvant, ce qui permet d'augmenter la production.
Coût
Les liants aqueux comme TEXTURECEL™ CMC sont nettement moins chers que les fluoropolymères comme le PvDF (généralement 2 à 3 fois plus cher). Le NMP requis pour les fluoropolymères est également assez cher par rapport à l'eau. Bien que ces économies de coûts soient importantes, les plus importantes proviennent peut-être de l'élimination de l'étape de récupération du solvant. Ce processus peut représenter jusqu'à la moitié du coût de production des électrodes et, s'il est éliminé, il peut contribuer grandement à réduire le coût de production des batteries lithium-ion.
Carboxyméthylcellulose sodique TEXTURECEL™
Le liant aqueux le plus couramment utilisé dans les électrodes de batteries lithium-ion est la carboxyméthylcellulose (CMC). Le TEXTURECEL™ CMC présente une pureté extrêmement élevée (> 99,5 %), une faible teneur en humidité, des degrés de substitution sur mesure et une excellente uniformité de qualité. Un résumé des avantages apportés aux électrodes LIB par TEXTURECEL™ est répertorié ci-dessous.
Dispersion optimale de la matière active et de l'additif conducteur.
Intégrité mécanique pendant la fabrication et le cyclage.
Une forte adhérence au collecteur de courant améliore la capacité
