FR3139132A1 - Niobium titanium mixed oxide active material substituted with tungsten - Google Patents
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Abstract
Matériau actif destiné à la fabrication d’électrode, le matériau actif comprenant un oxyde mixte monoclinique de niobium titane substitué, capable de permettre l’insertion et l’extraction d’ions Li+, le matériau actif présentant la formule brute (I) suivante : Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7 (I) dans laquelle x est choisi dans la plage allant de 0,05 à 0,2. Figure pour l’abrégé : [fig. 3]Active material intended for the manufacture of electrodes, the active material comprising a monoclinic mixed oxide of substituted niobium titanium, capable of allowing the insertion and extraction of Li+ ions, the active material having the following crude formula (I): Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7 (I) in which x is chosen in the range from 0.05 to 0.2. Figure for the abstract: [fig. 3]
Description
La présente invention se rapporte au domaine des matériaux actifs destinés à former une électrode pour des accumulateurs au lithium. En particulier, l’invention concerne un matériau actif formé de particules d’oxyde mixte de niobium et titane dont une partie du niobium est substituée par du tungstène et du titane. Selon un deuxième aspect, l’invention propose un procédé de fabrication d’un tel matériau actif. Selon d’autres aspects, l’invention propose une électrode formée à partir dudit matériau actif et un générateur électrochimique, en particulier de type batterie, lequel comprend une électrode négative dans ledit matériau actif.The present invention relates to the field of active materials intended to form an electrode for lithium accumulators. In particular, the invention relates to an active material formed of particles of mixed oxide of niobium and titanium, part of the niobium of which is substituted by tungsten and titanium. According to a second aspect, the invention proposes a process for manufacturing such an active material. According to other aspects, the invention proposes an electrode formed from said active material and an electrochemical generator, in particular of the battery type, which comprises a negative electrode in said active material.
Les accumulateurs au lithium sont de plus en plus utilisés comme sources d’énergie autonome, en particulier, dans les équipements portables, où ils ont remplacé les accumulateurs nickel-cadmium (Ni-Cd) et nickel-hydrure métallique (Ni-MH) et maintenant également pour la mobilité électrique. Cette évolution s’explique par l’amélioration continue des performances des accumulateurs au lithium associée à une réduction drastique de leur coût de production, leur conférant ainsi des densités d’énergie massiques et volumiques nettement supérieures à celles proposées par les filières Ni-Cd et Ni-MH. Alors que les premiers accumulateurs Li-ion possédaient une densité d’énergie d’environ 85 Wh/kg, plus de 200 Wh/kg peuvent désormais être obtenus (densité d’énergie rapportée à la masse de la cellule Li-ion complète). A titre de comparaison, les accumulateurs Ni-MH plafonnent à 100-110 Wh/kg et les accumulateurs Ni-Cd ont une densité d’énergie de l’ordre de 50-70 Wh/kg, ceci, associé à la baisse des coûts, explique que les accumulateurs au lithium sont maintenant les plus vendus. De nouvelles générations d'accumulateurs au lithium plus performantes sont en voie de développement pour des applications toujours plus diversifiées (automobile hybride ou tout électrique, stockage de l'énergie de cellules photovoltaïques, …). Afin de répondre aux demandes en énergie et parfois en puissance toujours plus importantes (par unité de masse et/ou de volume), de nouveaux matériaux d'électrodes d'accumulateurs Li-ion encore plus performants sont indispensables.Lithium batteries are increasingly used as stand-alone energy sources, particularly in portable equipment, where they have replaced nickel-cadmium (Ni-Cd) and nickel-metal hydride (Ni-MH) batteries and now also for electric mobility. This development is explained by the continuous improvement in the performance of lithium accumulators associated with a drastic reduction in their production costs, thus giving them mass and volume energy densities significantly higher than those offered by the Ni-Cd and Ni-MH. While the first Li-ion accumulators had an energy density of around 85 Wh/kg, more than 200 Wh/kg can now be obtained (energy density relative to the mass of the complete Li-ion cell). For comparison, Ni-MH accumulators peak at 100-110 Wh/kg and Ni-Cd accumulators have an energy density of around 50-70 Wh/kg, this, associated with lower costs , explains that lithium batteries are now the best-selling. New generations of more efficient lithium batteries are being developed for ever more diversified applications (hybrid or all-electric automobiles, photovoltaic cell energy storage, etc.). In order to meet ever-increasing energy and sometimes power demands (per unit of mass and/or volume), new, even more efficient Li-ion battery electrode materials are essential.
Les composés actifs d’électrodes utilisés dans les accumulateurs commerciaux sont, pour l’électrode positive, des composés lamellaires tels que LiCoO2, LiNiO2et les mixtes Li(Ni, Co, Mn, Al)O2ou des composés de structure spinelle de composition proche de LiMn2O4. L’électrode négative est généralement du carbone (graphite, coke,…) ou éventuellement le spinelle Li4Ti5O12ou un métal formant un alliage avec le lithium (Sn, Si, …). Les capacités spécifiques théoriques et pratiques des composés d’électrode négative cités sont respectivement d'environ 370 mAh/g pour le graphite et 170 mAh/g pour l’oxyde de titane.The active electrode compounds used in commercial accumulators are, for the positive electrode, lamellar compounds such as LiCoO 2 , LiNiO 2 and mixed Li(Ni, Co, Mn, Al)O 2 or compounds with spinel structure of composition close to LiMn 2 O 4 . The negative electrode is generally carbon (graphite, coke, etc.) or possibly spinel Li 4 Ti 5 O 12 or a metal forming an alloy with lithium (Sn, Si, etc.). The theoretical and practical specific capacities of the cited negative electrode compounds are approximately 370 mAh/g for graphite and 170 mAh/g for titanium oxide, respectively.
Malgré sa faible capacité, par comparaison avec le graphite, le composé Li4Ti5O12trouve sa place sur le marché grâce à son potentiel de travail élevé, environ 1,6V vs Li+/Li, qui le rend très sûr et grâce à une très bonne cyclabilité à haut régime, qui en fait le matériau d’électrode négative de choix pour des applications en puissance.Despite its low capacity, compared to graphite, the Li 4 Ti 5 O 12 compound finds its place on the market thanks to its high work potential, around 1.6V vs Li+/Li, which makes it very safe and thanks to very good cyclability at high speed, which makes it the negative electrode material of choice for power applications.
De nombreuses études ont été effectuées pour trouver un composé ayant les mêmes avantages que Li4Ti5O12tant au niveau de la puissance que de la sécurité et ayant une capacité spécifique plus élevée. C’est ainsi que les oxydes de niobium et les oxydes mixtes Ti-Nb ont été envisagés, le niobium ayant un potentiel de travail proche de celui du titane et permettant d’échanger 2 électrons par atome de métal (Nb5+/ Nb3+).Many studies have been carried out to find a compound with the same advantages as Li 4 Ti 5 O 12 in terms of both power and safety and having a higher specific capacity. This is how niobium oxides and mixed Ti-Nb oxides were considered, niobium having a working potential close to that of titanium and making it possible to exchange 2 electrons per metal atom (Nb 5+ / Nb 3 + ).
Les composés les plus intéressants sont les oxydes TiNb2O7et Ti2Nb10O29. Ils possèdent des capacités théoriques très élevées (388mAh/g et 396mAh/g, respectivement) comparativement à Li4Ti5O12(175mAh/g) et présentent un potentiel de travail proche de celui de Li4Ti5O12, ce qui leur permet de conserver les avantages de ce dernier en matière de sécurité. Ils sont donc des candidats très intéressants en vue du remplacement de celui-ci pour des applications requérant plus d’énergie.The most interesting compounds are the oxides TiNb 2 O 7 and Ti 2 Nb 10 O 29 . They have very high theoretical capacities (388mAh/g and 396mAh/g, respectively) compared to Li 4 Ti 5 O 12 (175mAh/g) and have a working potential close to that of Li 4 Ti 5 O 12 , which allows them to maintain the security advantages of the latter. They are therefore very interesting candidates with a view to replacing it for applications requiring more energy.
Toutefois, le matériau TiNb2O7, plus intéressant en terme de coût en raison du ratio plus élevé Ti/Nb que dans le matériau Ti2Nb10O29, présente des limitations en terme de performances en puissance et en cyclabilité.However, the TiNb 2 O 7 material, more attractive in terms of cost due to the higher Ti/Nb ratio than in the Ti 2 Nb 10 O 29 material, presents limitations in terms of power performance and cyclability.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. A cet effet, la présente invention propose un matériau actif destiné à la fabrication d’électrode, le matériau actif comprenant un oxyde mixte monoclinique de niobium titane substitué, capable de permettre l’insertion et l’extraction d’ions Li+, le matériau actif présentant la formule brute (I) suivante :The present invention aims to remedy the drawbacks mentioned above. To this end, the present invention proposes an active material intended for the manufacture of an electrode, the active material comprising a monoclinic mixed oxide of substituted niobium titanium, capable of allowing the insertion and extraction of Li+ ions, the active material presenting the following crude formula (I):
Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7(I)Ti (1+x) Nb (2-2x) W x O 7 (I)
dans laquelle la valeur x est choisie dans la plage allant de 0,05 à 0,2.in which the x value is chosen in the range from 0.05 to 0.2.
Ce matériau actif requiert la susbstitution d’une partie du niobium de l‘oxyde mixte de TiNb2O7par du tungstène et du titane tout en préservant la structure cristalline initiale. Comme on le verra par la suite à la
Ainsi optimisé, ce nouveau matériau actif offre une stabilisation des performances en cyclage au cours du temps tout en conservant un potentiel de travail élevé et une limitation des pertes performances lors du cyclage initial lent.Thus optimized, this new active material offers stabilization of cycling performance over time while maintaining a high work potential and limiting performance losses during slow initial cycling.
Selon une disposition, le matériau actif est constituté d’un unique oxyde mixte monoclinique de niobium titane substitué de la formule brute (I) suivante :According to one provision, the active material consists of a single monoclinic mixed oxide of substituted niobium titanium of the following crude formula (I):
Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7(I)Ti (1+x) Nb (2-2x) W x O 7 (I)
dans laquelle la valeur x est choisie dans la plage allant de 0,05 à 0,2.in which the x value is chosen in the range from 0.05 to 0.2.
Selon une possibilité, la valeur x est choisie dans la plage allant de 0,10 à 0,2, notamment dans la plage allant de 0,12 à 0,18, et par exemple x = 0,15.According to one possibility, the value x is chosen in the range from 0.10 to 0.2, in particular in the range from 0.12 to 0.18, and for example x = 0.15.
Dans le matériau actif selon l’invention, le titane présente un degré d’oxydation + IV et le niobium présente un degré d’oxydation +V. Les degrés d’oxydation des métaux dans Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7sont identiques à ceux du composé non substitué TiNb2O7. Ceci est avantageux car une réduction des degrés d’oxydation, de Ti4+ à Ti3+ ou de Nb5+ à Nb4+ limiterait de facto le nombre d’électrons disponibles lors de la première lithiation (réduction des métaux) et donc réduirait la capacité du matériau.In the active material according to the invention, titanium has an oxidation degree +IV and niobium has an oxidation degree +V. The oxidation states of the metals in Ti (1+x) Nb (2-2x) W x O 7 are identical to those of the unsubstituted compound TiNb 2 O 7 . This is advantageous because a reduction in the degrees of oxidation, from Ti4+ to Ti3+ or from Nb5+ to Nb4+, would de facto limit the number of electrons available during the first lithiation (reduction of metals) and therefore reduce the capacity of the material.
De manière concrète, le matériau actif comprend des particules présentant un diamètre moyen Di supérieur à 100 nm et inférieur ou égal à 0,5 mm. Ces valeurs de diamètre moyen Di répondent aux besoins de densité/compacité du matériau actif pour fournir une densité d’énergie satisfaisante. Les particules présentant une forme globale sphérique un peu allongée et dont la surface possède des contours comportant une certaine irrégularité, le diamètre moyen Di des particules correspond à la valeur moyenne des trois dimensions mesurées par granulométrie laser.Concretely, the active material comprises particles having an average diameter Di greater than 100 nm and less than or equal to 0.5 mm. These average diameter Di values meet the density/compactness needs of the active material to provide a satisfactory energy density. The particles having a slightly elongated overall spherical shape and whose surface has contours comprising a certain irregularity, the average diameter Di of the particles corresponds to the average value of the three dimensions measured by laser particle size analysis.
Selon une disposition, le matériau actif est uniquement constitué desdites particules.According to one provision, the active material consists solely of said particles.
En particulier, les particules se partagent en trois populations de diamètres moyens Di, une première population présentant un diamètre moyen D1 avec 0,1 µm < D1 < 0,8 µm, une deuxième population présentant un diamètre moyen D2 avec 1 µm < D2 < 10 µm, et une troisième population présentant un diamètre moyen D3 avec 10 µm < D3 < 0,5 mm.In particular, the particles are divided into three populations of average diameters Di, a first population having an average diameter D1 with 0.1 µm < D1 < 0.8 µm, a second population having an average diameter D2 with 1 µm < D2 < 10 µm, and a third population having an average diameter D3 with 10 µm < D3 < 0.5 mm.
Selon un second aspect, l‘invention propose un procédé de fabrication du matériau actif tel que précédemment décrit, lequel comprend une synthèse par voie solide,According to a second aspect, the invention proposes a process for manufacturing the active material as previously described, which comprises a solid-state synthesis,
De manière concrète, les réactifs précurseurs sont du TiO2, du Nb2O5et du WO3. Concretely, the precursor reagents are TiO2, of No.2O5and WO3.
Selon une caractéristique, les réactifs précurseurs sont utilisés dans des proportions stœchiométriques.According to one characteristic, the precursor reagents are used in stoichiometric proportions.
Selon une disposition, le procédé comprend les étapes de :According to one provision, the process comprises the steps of:
- a) broyage des réactifs précurseurs sous forme de poudre dans un broyeur planétaire à billes de sorte à obtenir un mélange poudreux homogène,a) grinding the precursor reagents in powder form in a planetary ball mill so as to obtain a homogeneous powdery mixture,
- b) calcination par application d’un traitement thermique à une température comprise entre 900°C et 1200°C de sorte à obtenir le matériau actif.b) calcination by application of a heat treatment at a temperature between 900°C and 1200°C so as to obtain the active material.
Selon une disposition, le procédé comprend après l’étape b) la réalisation d’une étape c) de broyage à basse énergie du matériau actif de sorte à réduire les éventuels agglomérats et obtenir une poudre homogène présentant des particules d’un diamètre moyen Di supérieur à 100 nm et inférieur ou égal à 0,5 mm.According to one arrangement, the process comprises after step b) carrying out a step c) of low energy grinding of the active material so as to reduce any agglomerates and obtain a homogeneous powder having particles of an average diameter Di greater than 100 nm and less than or equal to 0.5 mm.
Selon une possibilité, le broyage à basse énergie est un broyage manuel.One possibility is that low energy grinding is manual grinding.
De manière concrète, l’étape a) de broyage des réactifs précurseurs est réalisée à une vitesse d’environ 400 tour/min, elle comprend notamment une alternance de séquences de broyage et de séquences de repos.Concretely, step a) of grinding the precursor reagents is carried out at a speed of approximately 400 rpm, it includes in particular an alternation of grinding sequences and rest sequences.
Selon un autre aspect, l’invention propose une électrode comprenant le matériau actif tel que précédemment décrit.According to another aspect, the invention proposes an electrode comprising the active material as previously described.
Selon encore un autre aspect, l’invention propose un générateur électrochimique, en particulier de type batterie, lequel comprend une électrode positive et une électrode négative comprenant le matériau actif tel que précédemment décrit et un électrolyte non aqueux comprenant du lithium.According to yet another aspect, the invention proposes an electrochemical generator, in particular of the battery type, which comprises a positive electrode and a negative electrode comprising the active material as previously described and a non-aqueous electrolyte comprising lithium.
D’autres caractéristiques et avantages apparaitront à la lecture de la description détaillée ci-après, d’un exemple de mise en œuvre non limitatif, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :Other characteristics and advantages will appear on reading the detailed description below, of a non-limiting example of implementation, made with reference to the appended figures in which:
En référence à la formule brute (I) illustrée ci-dessous, la présente invention propose un matériau actif destiné à la fabrication d’électrode pour des accumulateurs au lithium à base d’un oxyde mixte niobium titane substitué par du tungstène :With reference to the crude formula (I) illustrated below, the present invention proposes an active material intended for the manufacture of electrodes for lithium accumulators based on a mixed niobium titanium oxide substituted by tungsten:
Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7(I)Ti (1+x) Nb (2-2x) W x O 7 (I)
dans laquelle la valeur x est choisie dans la plage allant de 0,05 à 0,2.in which the x value is chosen in the range from 0.05 to 0.2.
Ce matériau actif est obtenu par une synthèse par voie solide à partir d’un mélange de proportions stœchiométriques de poudres des réactifs précurseurs comprenant du TiO2, du Nb2O5et du WO3(se rapporter au Tableau 1).Le TiO2est par exemple obtenu auprès de la société Huntsmann (TiO2anatase pureté 99,0%), le Nb2O5est obtenu auprès de la société Sigma Aldrich (pureté 99,9 %) et le WO3est obtenu auprès de la société Sigma Aldrich (pureté 99,9 %). Les degrés d’oxydation initiaux du Ti +IV et du Niobium +V sont conservés pendant la réaction.This active material is obtained by solid-state synthesis from a mixture of stoichiometric proportions of powders of precursor reagents comprising TiO2, of No.2O5and WO3(refer to Table 1).TiO2is for example obtained from the company Huntsmann (TiO2anatase purity 99.0%), the Nb2O5is obtained from the company Sigma Aldrich (purity 99.9%) and the WO3is obtained from the company Sigma Aldrich (purity 99.9%). The initial oxidation states of Ti +IV and Niobium +V are preserved during the reaction.
Tableau 1: Masses des réactifs précurseurs utilisés pour la synthèse de Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7 Table 1 : Masses of precursor reagents used for the synthesis of Ti (1+x) Nb (2-2x) W x O 7
Le procédé de fabrication du matériau actif comprend une étape a) de broyage des réactifs précurseurs présents sous forme de poudre dans un broyeur planétaire à billes (PM 100 CM, Retsch – 32 g de billes en agate dans un bol également en agate pour une masse de réactifs précurseurs d’environ 7g) avec une vitesse de 400 tours/ min pendant 8 heures. Le broyage n’est pas effectué de manière continue mais par répétition de séquence de broyage et de séquence de repos d’une durée de 5 min chacune.The process for manufacturing the active material comprises a step a) of grinding the precursor reagents present in powder form in a planetary ball mill (PM 100 CM, Retsch – 32 g of agate balls in a bowl also made of agate for a mass of precursor reagents of approximately 7g) with a speed of 400 rpm for 8 hours. Grinding is not carried out continuously but by repetition of grinding sequence and rest sequence lasting 5 min each.
Une fois le mélange poudreux parfaitement homogène obtenu, il est placé dans trois creusets en alumine (diamètre de 3 cm chacun) puis mis en four à moufle (Carbolite, Modèle CWF 1200) jusqu’à atteindre une température d’environ 1100°C pendant 16h par exemple (étape b). A l’issu du traitement thermique, le matériau actif est obtenu sous forme particulaire.Once the perfectly homogeneous powdery mixture has been obtained, it is placed in three alumina crucibles (diameter of 3 cm each) then put in a muffle furnace (Carbolite, Model CWF 1200) until reaching a temperature of approximately 1100°C for 4 p.m. for example (step b). At the end of the heat treatment, the active material is obtained in particulate form.
Le matériau actif récupéré est broyé manuellement dans un mortier en agate. Cinq minutes de broyage suffisent pour obtenir une poudre homogène sous forme de particules présentant un diamètre moyen Di supérieur à 100 nm et inférieur ou égal à 0,5 mm. Comme représenté sur la
Egalement illustré à la
Illustrée à la
Des électrodes et des piles bouton ont été conçues par voie traditionnelle afin d’observer les propriétés obtenues par le matériau actif en fonction des différentes valeurs de x et le Ti2Nb5O7.Electrodes and button cells were designed using the traditional method in order to observe the properties obtained by the active material as a function of different values of x and Ti 2 Nb 5 O 7 .
Le matériau actif en Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7(avec x entre 0,05 et 0,2) et un additif carboné (Carbon Black SUPER C65 de TIMCAL) sont mélangés et broyés manuellement dans un mortier en agate dans du cyclohexane (Pureté >99,5%, Merck ENSURE) pendant 5 minutes.The active material Ti (1+x) Nb (2-2x) W x O 7 (with x between 0.05 and 0.2) and a carbon additive (Carbon Black SUPER C65 from TIMCAL) are mixed and ground manually in an agate mortar in cyclohexane (Purity >99.5%, Merck ENSURE) for 5 minutes.
Après évaporation totale du solvant, une solution de polyfluorure de vinylidène (PVDF, Solef 5130, Solvay) à 8% massique dans de la N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP, Pureté >99%, Merck) est ajoutée sur le mélange broyé jusqu’à atteindre une formulation massique de 80% de matériau actif, de 10% de conducteur électronique et de 10% de liant pour un extrait sec de 30%. Le tableau 2 illustre les proportions des réactifs utilisés.After complete evaporation of the solvent, a solution of polyvinylidene fluoride (PVDF, Solef 5130, Solvay) at 8% by weight in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, Purity >99%, Merck) is added to the ground mixture. until reaching a mass formulation of 80% active material, 10% electronic conductor and 10% binder for a dry extract of 30%. Table 2 illustrates the proportions of the reagents used.
Tableau 2: Masses typiques pour la préparation des encres de Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7 Table 2 : Typical masses for the preparation of Ti (1+x) Nb (2-2x) W x O 7 inks
L’encre obtenue est ensuite enduite sur un feuillard d’aluminium, à l’aide d’une racle de type doctor blade avec une épaisseur de 100 µm. Après 24 heures de séchage à 55 °C, des électrodes d’un diamètre 14 mm sont découpées et passées sous une presse à 10 tonnes.The ink obtained is then coated on an aluminum strip, using a doctor blade type with a thickness of 100 µm. After 24 hours of drying at 55°C, electrodes with a diameter of 14 mm are cut and passed under a 10-ton press.
Les électrodes sont ensuite assemblées en boite à gants pour former des piles bouton de type CR2032. La contre électrode est du Lithium métal, l’un des séparateurs est en feutre de polypropylène (Viledon, Freudenberg) et l’autre séparateur en polypropylene (CG2500, Celgard). L’électrolyte est constitué d’un mélange carbonate d’éthylène (EC) /carbonate de propylène (PC) / carbonate de diméthyle (DMC) (1 :1 :3 vol) avec de l’hexafluorophosphate de lithium (LiPF6) (1M) (LP100, UBE Industries).The electrodes are then assembled in a glove box to form CR2032 type button cells. The counter electrode is Lithium metal, one of the separators is made of polypropylene felt (Viledon, Freudenberg) and the other separator is made of polypropylene (CG2500, Celgard). The electrolyte consists of a mixture of ethylene carbonate (EC) / propylene carbonate (PC) / dimethyl carbonate (DMC) (1:1:3 vol) with lithium hexafluorophosphate (LiPF6) (1M ) (LP100, UBE Industries).
Les performances des piles bouton obtenues sont rassemblées à la
Comme on peut l’observer, les performances les moins bonnes sont obtenues lorsque l’électrode est du TiNb2O7pour lequel la perte est rapidement très importante. La stabilité en cyclage et les pertes en performances au cours des cycles est meilleure avec le matériau actif substitué Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7. Egalement illustré au tableau 3 qui rapporte les valeurs de dégradation à C/10 pour chacun des matériaux actifs, les meilleurs résultats sont obtenus avec x = 0,1 et x = 0,15. Les pertes de performances varient du simple au double après 100 cycles entre un matériau actif dans lequel x = 0 (perte d’environ 30%) et un matériau actif dans lequel x = 0.1 et 0.15 (perte respectivement de 16,7 et 14,1%). L’amélioration des capacités en lithiation est également la meilleure pour x = 0,1 et 0,15.As can be observed, the worst performances are obtained when the electrode is TiNb 2 O 7 for which the loss is quickly very significant. Cycling stability and performance losses during cycles are better with the substituted active material Ti (1+x) Nb (2-2x) W x O 7 . Also illustrated in Table 3 which reports the degradation values at C/10 for each of the active materials, the best results are obtained with x = 0.1 and x = 0.15. The performance losses vary from one to two after 100 cycles between an active material in which x = 0 (loss of approximately 30%) and an active material in which x = 0.1 and 0.15 (loss of 16.7 and 14, respectively. 1%). The improvement in lithiation capabilities is also best for x = 0.1 and 0.15.
Tableau 3: Perte de performance par rapport à la capacité initiale à C/10 (cycle X. Vs cycle 31) Table 3 : Loss of performance compared to initial capacity at C/10 (cycle X. Vs cycle 31)
Ainsi, la présente invention propose un matériau actif constitué d’un oxyde mixte de Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7destiné à la fabrication d’une electrode pour des accumulateur à Li-ion. L’utilisation de ce matériau actif permet d’atteindre une plus grande stabilité de cyclage et de limiter la perte de performance observée avec x = 0. Comme visible sur la
Il va de soi que l’invention n’est pas limitée aux variantes de réalisation décrites ci-dessus à titre d’exemple mais qu’elle comprend tous les équivalents techniques et les variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons.It goes without saying that the invention is not limited to the alternative embodiments described above by way of example but that it includes all the technical equivalents and variants of the means described as well as their combinations.
Claims (10)
un oxyde mixte monoclinique de niobium titane substitué, capable de permettre l’insertion et l’extraction d’ions Li+, le matériau actif présentant la formule brute (I) suivante :
Ti(1+x)Nb(2-2x)WxO7(I)
dans laquelle x est choisi dans la plage allant de 0,05 à 0,2.Active material intended for the manufacture of electrodes, the active material comprising
a monoclinic mixed oxide of substituted niobium titanium, capable of allowing the insertion and extraction of Li+ ions, the active material having the following crude formula (I):
Ti (1+x) Nb (2-2x) W x O 7 (I)
in which x is chosen in the range from 0.05 to 0.2.
- a) broyage des réactifs précurseurs sous forme de poudre dans un broyeur planétaire à billes de sorte à obtenir un mélange poudreux homogène,
- b) calcination par application d’un traitement thermique à une température comprise entre 900°C et 1200°C de sorte à obtenir le matériau actif.
- a) grinding the precursor reagents in powder form in a planetary ball mill so as to obtain a homogeneous powdery mixture,
- b) calcination by application of a heat treatment at a temperature between 900°C and 1200°C so as to obtain the active material.
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- 2022-08-31 FR FR2208740A patent/FR3139132A1/en active Pending
-
2023
- 2023-09-01 WO PCT/IB2023/000493 patent/WO2024047396A1/en unknown
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