Préparation de batteries solides au sulfure et méthodes d'assemblage de batteries
Jul 24, 2025
Ces dernières années, le développement rapide des électrolytes solides sulfurés, notamment Li₂S-SiS₂, Li₂S-B₂S₃, Li₂S-P₂S₅, Li(₁₀±₁)MP₂S₁₂ (où M = Ge, Si, Sn, Al ou P) et Li₆PS₅X (où X = Cl, Br, I), a notamment permis de remédier en partie à l'insuffisance de conductivité intrinsèque des électrolytes solides. Ces progrès sont illustrés par les sulfures à structure thio-LISICON tels que Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS), qui présentent une conductivité lithium-ion extrêmement élevée à température ambiante de 12 mS/cm, surpassant celle des électrolytes liquides. La figure 1(a) illustre une batterie lithium tout solide utilisant une pastille pressée à froid de poudre d'électrolyte solide céramique Li₁₀Ge₂PS₁₂ présentant une conductivité électrique à température ambiante supérieure à 5 mS/cm, un matériau de cathode LiCoO₂, un électrolyte 99 % (30Li₂S·70P₂S₅)·1 % P₂O₅ comme électrolyte modificateur côté anode, et du lithium métallique comme anode. Cette batterie peut normalement se décharger et fonctionner à température ambiante pour alimenter une lampe LED. Un schéma de la structure du composant principal est présenté à la figure 1(b), où l'on peut voir que la couche de cathode, la couche d'électrolyte solide inorganique et la feuille de lithium sont étroitement liées et pressées ensemble dans un moule. Les méthodes et procédés de préparation de chaque composant sont décrits en détail ci-dessous. Figure 1 : Batterie au lithium entièrement solide à base d'électrolyte solide au sulfure 1 Méthode de préparation de la cathode La poudre d'électrolyte solide sulfuré présente un module de Young d'environ 20 GPa, une forte adhérence, une compressibilité élevée et une tendance à la déformation plastique. Après pressage à froid, elle présente une faible résistance aux joints de grains ; elle convient donc au mélange à sec direct avec la poudre cathodique lors de la préparation de la couche cathodique [Fig. 2(a)]. Lors du mélange à sec, l'agent conducteur, l'électrolyte solide sulfuré et le matériau cathodique sont ajoutés simultanément à un mortier, puis broyés manuellement ou mélangés mécaniquement à l'aide d'un agitateur. Il convient de noter que la compatibilité entre les différents matériaux cathodiques et l'électrolyte, l'applicabilité des différents agents conducteurs et l'adéquation des différents revêtements cathodiques doivent être évaluées en conditions réelles. Figure 2 : Méthode de préparation de la cathode pour batteries au lithium entièrement solides à base d'électrolytes solides sulfurés Pour la fabrication à grande échelle de batteries au sulfure en rouleau (R2R), le procédé de revêtement humide [Fig. 2(b)] pourrait être plus adapté à la mise à l'échelle. En effet, des liants polymères et des solvants sont nécessaires pour préparer des couches minces d'électrolyte et d'électrode présentant les propriétés mécaniques requises pour les procédés R2R à haut débit. De plus, la présence de polymères flexibles dans l'électrolyte/l'électrode peut amortir efficacement l...
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