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Enregistrement W2591051206 · doi:10.1149/ma2017-01/5/383

A Comprehensive Study of a Film Maturation Process for Improving the Cycle Life of Silicon-Based Anodes

2017· article· en· W2591051206 sur OpenAlexaff
Cuauhtémoc Reale Hernandez, Zouina Karkar, Alix Tranchot, Aurélien Etiemble, Éric Maire, Dominique Guyomard, Bernard Lestriez, Lionel Roué

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2017
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvancements in Battery Materials
Établissements canadiensInstitut National de la Recherche Scientifique
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSiliconAnodeGraphiteMaterials scienceInterphaseElectrolyteNanotechnologyVolume expansionEngineering physicsElectrodeComposite materialOptoelectronicsEngineeringChemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Increasing the energy density of Li-ion batteries (LiB) is a key issue for transport applications. A promising approach is to replace the currently used graphite in LIB anodes with silicon since its specific capacity is ten times higher than that of graphite. The main challenge is to deal with the large silicon volume expansion induced by its lithiation, which damages the mechanical integrity (electronic network) of the electrode, and produces an unstable solid electrolyte interphase (SEI). In last years, our group has successfully improved the performance of silicon based anodes by working on various aspects1. First, our ball-milled silicon offers the right nanostructure to limit Si particle cracking in addition to be produced using an industrially viable process. Second, the use of an acid buffer solution to prepare the electrode ink favors the formation of resilient covalent bonds between the carboxymethylcellulose (CMC) binder and the Si particles. Third, adding fluoroethylene carbonate (FEC) to the electrolyte limits the SEI growth. Lastly, the use of carbon nanoplatelets instead of carbon black as conductive additive insures more durable electronic network, especially for Si-based electrodes with high areal capacities2. Recently, we have developed a film maturation process that further improves the performance of our silicon-based anodes3. This simple process consists in storing the electrode in a humid atmosphere for a few days before drying and cell assembling. As seen in Fig.1, this results in an impressive improvement of the electrode cycle life. Such a cycling performance is remarkable considering the high Si areal mass loading of the electrode (2 mg Si cm-2). In this work, we present a comprehensive study that aims at explaining how the maturation process works. On one hand, we have studied the effect of the maturation process on the mechanical properties of our Si-based electrodes using indentation measurement, peeling test, scratch test, in-operando dilatometry and in-operando optical microscopy. Those various experiments confirm that the film adhesion and cohesion strengths are reinforced by the maturation step. On the other hand, we have studied the effect of maturation on the electrochemical performance of various electrode formulations. These results show that maturation works with different types of silicon, binder and conductive agent. They also suggest that the nature of the substrate and the acidic environment play a crucial role in the maturation process. Furthermore, reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (ATR - FTIR) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) analyses have been performed in order to evaluate the impact of the maturation step on the chemical bonds between the Si particles and the CMC binder and with the Cu substrate. ). Lastly, focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM) tomography shows a better preservation with cycling of the pore and Si particle connectivities for the matured electrode. From the conjunction of these different experiments, a film maturation mechanism is proposed. References M. Gauthier, D. Mazouzi, D. Reyter, B. Lestriez, P. Moreau, B. Lestriez, D. Guyomard, L. Roué. A low-cost and high-performance Si-based electrode for Li-ion batteries. Energy Environ. Sci. 6 (2013) 2145–2155. Z. Karkar, D. Mazouzi, C. Reale Hernandez, D. Guyomard, L. Roué, B. Lestriez. Threshold-like dependence of silicon-based electrode performance on active mass loading and nature of carbon conductive additive. Electrochim. Acta 215 (2016) 276-288. C. Real Hernandez, Z. Karkar, D. Guyomard, B. Lestriez, L. Roué. A film maturation process for improving the cycle life of Si-based anodes for Li-ion batteries. Electrochem. Comm. 61 (2015) 102-105. Figure 1

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,002

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,028
Tête enseignante GPT0,290
Écart entre enseignants0,262 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2017
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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