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          Last update : August 25, 2014
Elaboration of flexible lithium–ion electrodes by printing process

Réalisation d’électrodes souples pour batteries lithium-ion par procédé d’impression


Oussama El Baradai

Grenoble INP-Pagora


PhD thesis defended on April 24, 2014
Thèse soutenue le 24 avril 2014

LGP2

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The work describes the manufacturing of eco-sustainable lithium-ion electrodes without fluoro-based bindings and organic solvent, thanks to the utilization of celluloses derivatives and a conventional printing process.

The main breakthrough in this work is the formulation of water based inks containing either active particles of the anode (graphite) or cathode (LFP and carbon black) and a cellulosic based binding. Thus cellulose derivatives have a binding role of active materials by replacing fluoro-based binding commonly used and insure the cohesion of electrodes printed onto paper separator without affecting electronic conductivity. In this work a new assembling strategy was proposed.

In order to validate this new technique, a lithium-ion battery was manufactured by using a front/back printing strategy of separator with the integration of current collectors during printing stage.

Résumé

Cette étude traite de l’écoconception d’électrodes pour batteries Li-ion sans liants fluorés et solvants organiques grâce à l’utilisation de dérivés de cellulose et d’un procédé d’impression conventionnelle.

À la base de ce travail, l’innovation réside en la formulation d’une encre aqueuse particulière contenant les particules actives d’une anode (graphite) ou d’une cathode (LiFePO4 et noir de carbone) et un liant cellulosique. Ainsi, les dérivées cellulosiques jouent le rôle de liant des matières actives (à la place du polymère fluoré habituellement utilisé) et assurent la cohésion de l’électrode imprimée sur le séparateur papier sans nuire à la conductivité électrique.

Dans ce contexte, une batterie lithium-ion a pu être élaborée en utilisant la stratégie d’impression recto/verso du séparateur avec l’intégration des collecteurs de courant pendant la phase d’impression, validant ainsi cette nouvelle technique d’assemblage.

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