Propriétés électrochimiques des électrodes Sn-Co avec différents liants pour les batteries sodium-ion

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Avec les progrès rapides de la technologie à notre époque, nous savons que les batteries lithium-ion (LIB) sont utilisées pour le stockage de l'énergie dans les appareils mobiles, les produits électriques et les véhicules électriques, et que la demande est susceptible d'augmenter. Cependant, le lithium est cher car ce n'est pas un métal abondant. En revanche, le sodium est abondant et peu coûteux, et l'intérêt pour les batteries sodium-ion (SIB) s'est accru. Les matériaux qui ont été étudiés pour être utilisés comme anodes de SIB comprennent le carbone dur, l'étain, les matériaux à base d'étain, les matériaux à base d'antimoine, le germanium et les matériaux à base d'oxyde. Cependant, peu de matériaux ont été en mesure de répondre aux exigences d'une capacité élevée et d'une bonne performance de cyclage. Dans une étude précédente, nous nous sommes concentrés sur le Sn-Co et avons constaté qu'il présentait de meilleures performances de cyclage que les électrodes en étain. En outre, afin d'améliorer la cyclabilité des anodes en alliage pour les batteries lithium-ion ces dernières années, divers liants ont été étudiés, tels que l'acide polyacrylique (PAA), le polyacrylate de sodium (PAANa), la carboxyméthylcellulose sodique (CMC) et le polyimide (PI). Dans cette étude, afin d'améliorer encore la recyclabilité, nous avons étudié la performance électrochimique des électrodes négatives avec PAA, PAANa, CMC et PI comme matériaux de liaison. En outre, l'étude des variations de volume et de force d'adhérence des électrodes avec les adhésifs a révélé leur relation avec les performances de cyclage.

Applications

Cet article se concentre sur les performances de charge et de décharge des matériaux d'anode Sn-Co avec différents liants [difluorure de polyvinylidène (PVdF), acide polyacrylique (PAA), polyacrylate de sodium (PAANa), carboxyméthylcellulose de sodium (CMC) et polyimide (PI)] pour les ions sodium, et les cellules ont été étudiées afin de déterminer la corrélation entre les performances de cyclage et les performances des électrodes avec les liants, par rapport au PVdF, PAANa ou PI, les électrodes Sn-Co avec les liants PAA ou CMC ont montré une meilleure performance de cyclage (capacité de décharge supérieure à 400 mAh/g pour un maximum de 20 cycles) par rapport à celles avec PAA ou CMC en raison du volume des électrodes se produisant pendant le cyclage, comme l'a montré la microscopie optique in situ.

L'image 1 montre les changements de volume de la WE au cours du premier cycle par observation directe en utilisant la microscopie optique in situ (Lasertec Corp., ECCS B310). Les taux d'expansion et de contraction des cellules WE ont été estimés en mode d'analyse linéaire. La section transversale de la cellule semi-circulaire de WE/séparateur/CE (Na) a été contrôlée à l'aide d'un microscope optique de la même manière que précédemment, à travers une fenêtre de visualisation en saphir. Des essais de décharge-charge ont été effectués dans les mêmes conditions que celles décrites ci-dessus pour les piles boutons, et les résultats ont été similaires à ceux des piles boutons.

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Auteurs : Yuhki Yui , Masahiko Hayashi , Katsuya Hayashi , Jiro Nakamura

Institution : NTT Device Technology Labs, NTT Corporation, Atsugi, Kanagawa, Japon b Département de chimie électronique, École supérieure interdisciplinaire des sciences et de l'ingénierie, Institut de technologie de Tokyo, Tokyo, Japon c NTT Network Technology Labs. Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japon c NTT Network Technology Labs, NTT Corporation, Atsugi, Kanagawa, Japon

Publié : Reçu le 17 juillet 2015 ; Reçu sous forme révisée le 24 novembre 2015 ; Accepté le 2 janvier 2016

Mots clés : batteries sodium-ion, anode, liant, étain-cobalt, microscopie optique in situ, secas

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