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Abstrait

Bioénergie 2020 : Anodes composites nanoparticules de Si prélithiées-nanotubes de carbone pour des batteries Li-ion à hautes performances

Jim P. Zheng

Des anodes composites en papier autoportantes flexibles à base de nanoparticules de silicium et de nanotubes de carbone multiparois (SiNPs-MWNTs) pour batteries Li-ion (LIB) sont préparées en utilisant une combinaison d'ultrasonication et de filtration sous pression. Aucun additif conducteur, liant ou collecteur de courant métallique n'est utilisé. Le matériau d'électrode composite SiNPs-MWNTs atteint des capacités de décharge et de charge spécifiques au premier cycle de 2298 et 1492 mAh/g, respectivement. Pour faire face à l'irréversibilité du cycle primaire, une poudre métallique Li stabilisée (SLMP) a été utilisée pour pré-lithier les anodes composites. En conséquence, la perte de capacité irréversible du cycle primaire est réduite de 806 à vingt-huit mAh/g et donc l'efficacité coulombienne du premier cycle est augmentée de 65 % à 98 %. Le lien entre les différentes charges SLMP et les performances des cellules a été établi pour connaître le processus de pré-lithiation du SLMP et pour optimiser le développement de cellules à base de Si. Une cellule contenant l'anode pré-lithiée est en mesure de fournir une capacité de charge supérieure à 800 mAh/g sans subir le processus de décharge initial, ce qui permet l'exploration de nouveaux matériaux de cathode.

Il a également été reconnu que l'électrode SiNPs-MWNTs avec un rapport Si/MWNT de 3:2 présente l'équilibre optimal entre la capacité élevée des SiNPs et donc la conductivité électrique élevée et la qualité de stabilisation structurelle des MWNTs, ce qui se traduit par une capacité de débit élevée, une capacité spécifique élevée et une durée de vie en cycle dépassant l'électrode SiNPs coulée en suspension traditionnelle. La capacité réversible est de 1866 mAh/g (sur la base du poids composite total, un équivalent en dessous) à une densité de courant de 100 mA/g. Après 100 cycles, l'électrode conserve une capacité de 1170 mAh/g à 100 mA/g et de 750 mAh/g à 500 mA/g.