Le HPC dans la fabrication de batteries : le HPC est un éther de cellulose non ionique de haute pureté qui se caractérise par l’absence d’ions sodium, une double solubilité dans l’eau et l’alcool, une fluidification sous cisaillement, une gélification thermique à haute température et une élimination sans résidus par lavage à l’eau à basse température. Il s'applique à quatre grands domaines d'utilisation : les batteries lithium-ion, les batteries zinc-ion aqueuses, les batteries à l'état solide et les revêtements céramiques des séparateurs, où il sert de colloïde protecteur spécifique ainsi que d'agent dispersant et épaississant pour les batteries haut de gamme.
Préparation de la suspension pour les anodes de batteries lithium-ion (scénario commercial le plus courant)
1. Colloïde protecteur pour la dispersion de poudres
Les groupes hydroxyles présents sur les chaînes moléculaires adsorbent le graphite, les nanoparticules de silice et les nanotubes de carbone, séparant ainsi les poudres par encombrement stérique afin d'éviter l'agglomération des agents nanoconducteurs. La suspension reste homogène, sans stratification ni précipitation au repos, ce qui permet un enduction à grande vitesse par filière à fente, sans microperforations ni défauts dus à la saillie de particules.
2. Régulation rhéologique pour la compatibilité avec le revêtement à grande vitesse
Il présente un comportement de fluidification par cisaillement : sa viscosité diminue sous agitation ou lors de l'enduction des lames, ce qui facilite le pompage, tandis qu'elle revient rapidement à son niveau initial à l'état statique afin d'éviter l'affaissement des bords et les irrégularités d'épaisseur des feuilles d'électrode.
3. Compatibilité avec les anodes en silicium-carbone à fort gonflement
Une fine couche souple se forme après séchage afin d'amortir la dilatation volumique des matériaux à base de silicium lors de la charge et de la décharge, ce qui réduit la fissuration des électrodes et la perte de matière active, et prolonge considérablement la durée de vie en cycles.
4. Haute pureté et faible contamination ionique (avantage majeur par rapport au CMC)
Le CMC est un sel de sodium anionique qui introduit des impuretés sous forme d'ions sodium, lesquelles ont tendance à déclencher des réactions secondaires dans les batteries à haute énergie et à haute puissance.
Le HPC non ionique de qualité électronique contient des teneurs extrêmement faibles en ions métalliques ; il convient aux batteries au lithium destinées aux appareils électroniques grand public haut de gamme ainsi qu’aux batteries au lithium pour l’automobile.
5. Film de protection temporaire pour la protection des processus
Après application et séchage, le HPC forme un film protecteur à la surface des électrodes afin d'empêcher l'abrasion et la perte de matériaux actifs lors du calandrage, du refendage et du transport. Ce film peut être entièrement éliminé à l'eau pure ou à l'alcool sans laisser de résidus de carbone.
Additif pour revêtements céramiques destinés aux séparateurs de batteries lithium-ion
1. Agit comme dispersant pour les poudres céramiques d'alumine/boehmite afin de stabiliser les suspensions céramiques et de former des revêtements uniformes et compacts.
2. Améliore la mouillabilité des séparateurs par les électrolytes, réduit l'impédance interfaciale et optimise les performances de charge rapide.
3. Modifie les séparateurs en PE/PP afin d'augmenter leur résistance à la chaleur, de réduire leur taux de retrait thermique et d'améliorer la sécurité thermique des batteries.
Additif pour suspensions aqueuses de cathodes (cathodes ternaires / cathodes au phosphate de fer et de lithium)
1. Assurer une dispersion homogène du phosphate de fer et de lithium et du carbone nanoconducteur, garantissant ainsi une excellente stabilité de stockage de la suspension.
2. Une forte inertie électrochimique permet de réduire les réactions secondaires interfaciales dans les systèmes de cathodes à haute tension et de limiter la perte de capacité de la batterie.
3. Convient à l'impression 3D d'encre cathodique ; la structure moulée ne présente ni affaissement ni lignes discontinues, et l'épaisseur de l'électrode est uniforme et régulière.
Substrat pour électrolytes solides sous forme de gel (domaine de pointe du stockage d'énergie)
1. Le HPC peut être combiné à des sels de lithium pour préparer des électrolytes sous forme de gel souple, qui allient la conductivité ionique élevée des électrolytes liquides et les avantages en matière de sécurité (absence de fuite) des batteries à l'état solide.
2. Le réseau polymère tridimensionnel limite la volatilisation de l'électrolyte, réduit l'évaporation du solvant et empêche les réactions secondaires aux interfaces des électrodes.
3. Il peut être transformé en films d'électrolyte ultra-fins, adaptés aux batteries miniatures de type « pouch » et aux batteries de stockage d'énergie à usage domestique.
Batteries aqueuses à ions zinc (un nouveau type de stockage d'énergie sûr)
Le HPC, associé à des sels de zinc, est utilisé pour fabriquer des couches protectrices artificielles destinées aux anodes en zinc, ce qui constitue une solution industrielle de pointe.
