Matériaux pour batteries
Malgré les progrès réalisés aujourd’hui dans les technologies de stockage d’énergie au lithium-ion, les défis restent importants en matière de densité d’énergie, d’optimisation des coûts, d’amélioration des performances, de sécurité ou de durée de vie. C’est pourquoi il faut considérer l’ensemble du système : la cellule, le module et le pack, qui sont les principaux composants de la plupart des groupes de motopropulseurs Plug-In et HEV. Nos innovations visent ainsi à développer des solutions de pointe pour les véhicules de nouvelle génération. Elles aident à optimiser les performances et à améliorer la densité d’énergie, la durée de vie, à réduire le poids et le temps de recharge d'une batterie. Notre portefeuille de solutions, leaders sur le marché, couvre l’intérieur et l’extérieur de la cellule, de la cellule au module et l'assemblage de la batterie jusqu'à l'intégration dans le système dédié du véhicule.
Pour l’intérieur et l’extérieur des cellules de batteries, nous disposons d’une gamme de technologies leaders sur le marché des matériaux de spécialité qui permettent d’augmenter leur efficacité, leur sécurité et leur fiabilité.
La cellule d’une batterie est le composant clé dans lequel l’énergie chimique se transforme en énergie électrique. La cellule contient des électrodes, une anode et une cathode, isolées l’une de l’autre par un séparateur. Dans une batterie lithium-ion conventionnelle, la cellule est également remplie d’un électrolyte liquide. Pendant la charge, les électrons s’écoulent de la cathode vers l’anode et les ions lithium se déplacent de la cathode vers l’anode à travers l’électrolyte.
Nos solutions agissent sur ces procédés et aident à améliorer ces réactions chimiques et à augmenter les performances de la batterie en termes de densité d’énergie, de temps de charge et de durée de vie.
Revêtement de séparateur
Le séparateur est une barrière électriquement isolante placée entre l’anode et la cathode. Cependant, la membrane de séparation doit toujours permettre l’échange d’ions lithium de l’anode à la cathode, dans le processus de charge ou de décharge. Pour ce faire, et ainsi améliorer les performances globales de la cellule, des revêtements spéciaux peuvent être appliqués de chaque côté du séparateur.
La gamme Kynar Flex® LBG a été spécialement conçue pour cette application de revêtement de séparateur, apportant une adhérence à l’électrode et une stabilité dimensionnelle élevée pour un assemblage sous haute tension. Avec ses performances extrêmes, Kynar® est la résine de choix à l’intérieur des cellules de batterie lithium-ion.
Liant de cathode
Dans les batteries lithium-ion, les liants polymères haute performance jouent un rôle clé afin de maintenir une structure solide des électrodes dans la cellule de batterie. Bien que le liant ne représente qu’une fraction du poids et du coût de la batterie, il est l’élément clé pour gérer les variations de volume et les réactions secondaires des matériaux actifs à haute densité d’énergie. Tout en étant caractérisé comme un matériau inactif, le liant Kynar® PVDF est un matériau extrêmement actif pendant le processus de fabrication des électrodes. Le liant contrôle les variations de volume et réactions secondaires des matériaux actifs à haute densité d’énergie, ce qui aide à maintenir une structure ferme des électrodes. La gamme Kynar® PVDF HSV est le liant de choix pour cette application très exigeante.
Sels d’électrolyte de lithium ultra-purs
Les électrolytes garantissent la circulation des ions lithium dans la batterie, ce phénomène est directement lié à son cycle de vie. Afin de garantir les performances à long terme, les électrolytes peuvent être améliorés grâce aux sels d’électrolyte Foranext®.
Le LiFSI a la conductivité ionique la plus élevée, une remarquable stabilité électrochimique (> 5V) et thermique, et peut être utilisé comme sel principal ou additif.
Le LiTDI est un additif qui contribue à augmenter considérablement la durée de vie de la batterie, grâce à plusieurs propriétés :
- stabilisation de l’interface d’électrolyte solide (SEI),
- piège à eau et HF
- passivation du collecteur de courant en aluminium.
Nous fournissons une expertise complète dans les solutions d’électrolyte pour le développement de batteries au lithium et nous sommes prêts à discuter de vos projets.
Livre blanc - Solutions pour batteries
Comment le sel de lithium ultra-haute pureté LiFSI améliore les performances des batteries lithium-ion
CNT multiparois comme additifs conducteurs
Les nanotubes de carbone multiparois Graphistrength® (MWCNT) constituent un point important du développement d’Arkema dans la technologie des nanomatériaux. C’est le conducteur de choix pour des électrodes haute performance. En effet, la conductivité électrique est essentielle dans le développement d’une densité d’énergie élevée, pour une charge et d’une décharge plus efficaces des batteries lithium-ion. Les CNT multiparois Graphistrength® — qui contiennent des matériaux d’électrodes composites — permettent d’obtenir de meilleures performances électromécaniques en fournissant un réseau électriquement conducteur et efficace dans les électrodes de batterie.
Graphistrength® MWCNT est la solution de pointe pour améliorer le cycle de vie des véhicules électriques de nouvelle génération. Graphistrength® MWCNT est polyvalent et adaptable à différents besoins comme la géométrie des cellules au lithium ainsi que dans le processus de fabrication des électrodes. Notre équipe aide à personnaliser MWCNT en fonction des différents solvants et pour diverses exigences de spécification.
en savoir plus
Le module est un composant du HEV et du BEV qui maintient ensemble un groupe de cellules de batterie. L'assemblage du module joue un rôle clé dans la protection des cellules contre les chocs et les vibrations qui se produisent pendant le fonctionnement du véhicule. L'architecture du module de batterie est cruciale pour la gestion thermique du système de batterie; il peut donc intégrer des systèmes de chauffage, de refroidissement ou d'échange de chaleur.
Adhésifs et mastics intelligents
Les adhésifs intelligents Bostik offrent un large éventail de solutions couvrant le collage, l'assemblage et l'encapsulation de cellule à cellule et cellule à module. Poche, prismatique ou cylindrique, nous couvrons l’assemblage de tous les types de cellules en modules pour assurer l’intégrité mécanique entre les cellules et assurer la sécurité et la fiabilité ainsi que la gestion thermique. Nos solutions sont conçues pour protéger les cellules et modules de batterie contre l'intrusion d'humidité, diverses fuites de fluides chimiques et l'exposition à l'environnement extérieur.
- Solutions adhésives pulvérisables faciles à traiter et sans solvant (adhésifs sensibles à la pression et à base d'eau) pour l'assemblage des cellules en sachet
- Matériaux adhésifs polyuréthane 2K sur mesure pour assemblage de modules de cellules prismatiques
- Les meilleurs adhésifs à base de MMA prédestinés pour le collage de modules cylindriques avec un équilibre optimal des propriétés clés
- Adhésifs polyamides thermofusibles pour les applications d'encapsulation, renforcés par notre position de leader dans les adhésifs thermofusibles spécialisés
- Adhésifs thermoconducteurs si, en plus, un transfert de chaleur et une gestion thermique sont nécessaires
Adhésifs et mastics intelligents
Les adhésifs et mastics haute performance proposés par Bostik sont des solutions légères qui permettent de réduire le poids du système de batterie qui occupe souvent un espace et un poids importants sous la structure du véhicule. Bostik est l'adhésif de choix pour l’assemblage des packs de batteries. Il est conçu pour répondre aux processus de fabrication à haute vitesse des équipementiers automobiles. Pour assembler ce pack, l’adhérence sur différents supports est l’élément clé car le pack de batteries est constitué de divers métaux ou matériaux composites. Notre gamme complète d’adhésifs combinée à notre expertise dans l’industrie automobile offrent la bonne solution à nos clients.
Nos mastics et adhésifs pour batteries contribuent augmenter la durée de vie du système de batteries en offrant une protection grâce à :
- Une extrême flexibilité
- Une excellente durabilité
- D’excellentes performances d’étanchéité ainsi que d’une étanchéité à l’air
- Une facilité d’entretien pour la réparation grâce à son amovibilité
- Une excellente adhérence même avec un traitement de surface limité
- Une application rapide et précise favorisant une fabrication automatisée à grande vitesse
Notre gamme de solutions innovantes de mastics et d’adhésifs pour batteries comprend :
- Pour l’étanchéité et les joints de la batterie : SMP (Silyl Modified Polymers), Butyl, HMPSA (adhésifs thermofusibles sensibles à la pression), caoutchouc synthétique, CIPG/UVFG
- Pour la structure d’assemblage des packs de batteries : MMA (méthacrylate de méthyle), adhésif instantané (cyanoacrylates 2K), 2K-PU (polyuréthane)
DÉCOUVREZ BOSTIK POUR LES BATTERIES
Composites thermoplastiques
Le pack d’une batterie et son boîtier sont soumis à des conditions environnementales extrêmes telles que des vibrations et des chocs qui peuvent affecter la durée de vie de la batterie. Ainsi les matériaux utilisés pour des assemblages de packs de batteries nécessitent des propriétés mécaniques et une durabilité élevées pour protéger le fonctionnement de la batterie. Dans les systèmes de stockage d’énergie des véhicules, les composants qui n’en stockent pas, occupent un espace important et ajoutent beaucoup de poids au système. Par conséquent, les composites thermoplastiques avancés sont essentiels au développement de stockages structurels légers pour les véhicules BEV et HEV de nouvelle génération.
Elium® est la première résine thermoplastique conçue pour la fabrication de pièces composites performantes. Elium® est une résine révolutionnaire qui aide à résoudre les défis auxquels l’industrie de l’automobile est confrontée :
- Légèreté : fabrication de pièces 30 à 50 % plus légères que les pièces identiques en acier
- Propriétés mécaniques : tout en étant plus légère, la résine offre le même niveau de résistance que le métal
- Recyclabilité : possibilité de recycler par dépolymérisation
Revêtement du pack
L’emplacement de la batterie d’un véhicule électrique est situé en bas, près de la roue arrière qui se trouve être dans une zone critique pour d’éventuels dommages causés par des corps extérieurs tels que les éclats de pierres. Les exigences en matière de matériaux pour les packs comprennent la résistance mécanique, la résistance à la corrosion ainsi que les propriétés d’isolation et ce afin d’assurer la longévité de la batterie.
Nos solutions hautes performances Rilsan® Fine Powders constituent des matériaux de choix pour le revêtement du boîtier métallique des batteries. Les poudres fines Rilsan® sont des thermoplastiques biosourcés fabriqués à partir de plantes de ricin. Elles conviennent aux applications dans des conditions extrêmes nécessitant une résistance et une durabilité élevées. Leurs propriétés spécifiques aux applications de revêtement permettent une excellente résistance aux dommages (tels que l’écaillage par des pierres), une excellente résistance à la corrosion, des propriétés d’isolation élevées et une faible épaisseur de revêtement (<200 µm).
Le système de gestion de la batterie (BMS) est un système électronique fabriqué avec la batterie. Le BMS surveille l’état de la batterie en fonction de différentes performances telles que la tension, la température, l’état de charge et la sécurité. Nous proposons des solutions de pointe pour relever les défis les plus complexes et ce afin d’améliorer le système de gestion de la batterie. Des polymères piézoélectriques pour les capteurs et revêtements thermoplastiques hautes performances aux polyamides thermofusibles pour les applications d’assemblage et de moulage basse pression, nos solutions pour la gestion de la batterie sont conçues pour permettre une distribution efficace de l’énergie et une meilleure durée de vie de la batterie.
Capteurs polymères piézoélectriques
Les batteries lithium-ion sont sujettes à une diminution progressive de leur capacité en raison du processus électrochimique de dissolution de la matière active ou la fissuration des particules d’électrode ou encore la dégradation de l’adhérence des électrodes. Le niveau de détérioration de la batterie (SOH) est une mesure critique pour un fonctionnement fiable et durable des batteries lithium-ion.
Nous avons développé un polymère piézoélectrique révolutionnaire pour une surveillance efficace des cellules de batterie grâce à des mesures acoustiques et ultrasonores non invasives. Les copolymères piézoélectriques P (VDF-TrFE), Piezotech® FC, sont très sensibles aux ondes acoustiques et aux ultrasons. Les données collectées grâce à leur sensibilité et leur intégration dans une batterie contribuent à améliorer la durée de vie et la gestion de celle-ci.
Revêtement barres de distribution de batteries
Les applications BEV et HEV nécessitent un matériau à forte résistance pour garantir un fonctionnement durable du véhicule. Un élément clé du système de la batterie est le jeu de barres de distribution d’énergie qui combine un système de conducteurs électriques, qui collecte et distribue le courant aux sous-systèmes des véhicules électriques. Ce composant de distribution d’énergie se compose de conducteurs en cuivre ou en aluminium et d’un revêtement isolant pour les applications haute température.
Notre Rilsan® PA11 biosourcé est le matériau de revêtement idéal répondant aux besoins des jeux de barres. Rilsan® offre une résistance à l’abrasion exceptionnelle ainsi qu’une excellente résistance thermique et chimique.
Assemblage et moulage à basse pression des composants électroniques
Les composants électroniques tels que les capteurs et les interfaces des systèmes de connexion (critiques) nécessitent des solutions durables, étanches et inflammables grâce à des propriétés mécaniques et thermiques appropriées.
Nos polyamides thermofusibles Thermelt™ et nos adhésifs techniques Born2Bond™ tels que les cyanoacrylates UV sont parfaitement adaptés pour l’assemblage et la protection des composants critiques. Dans les applications de moulage à basse pression (LPM), nos polyamides thermofusibles moulables offrent une solution durable et écologique, avec une efficacité de production accrue et des opportunités inégalées pour la conception de matériaux. Pour les applications de revêtement conforme, nos adhésifs cyanoacrylates à faible odeur, low-blooming et à double durcissement offrent des possibilités de liaison rapide pour des pièces transparentes ainsi qu’un durcissement efficace entre des supports opaques.
Grâce à notre R&D mondiale et à notre support technique, nous nous efforçons de vous fournir la bonne solution pour la protection des composants électroniques critiques :
- Polyamides thermofusibles pour les applications d’encapsulation et de moulage à basse pression (LPM) renforcé par notre position de leader sur le marché des adhésifs thermofusibles de spécialité
- Pour l’encapsulation : des polyamides thermofusibles, des adhésifs techniques et des acryliques UV
- Pour l’encapsulation de composants électroniques (capteurs, connecteurs)
- Pour l’encapsulation et la protection des interfaces de connecteurs critiques
Le recyclage des batteries lithium-ion (LiB) est un marché en croissance rapide car il est essentiel que ses composants - notamment les métaux comme le lithium, le nickel, le cobalt et le manganèse - puissent être réutilisés, conformément à nos engagements en matière de développement durable et de protection de l'environnement. Les procédés de recyclage actuellement exploités industriellement sont basés sur la pyrométallurgie, l'hydrométallurgie ou le traitement mécanique.
Le recyclage hydrométallurgique
Le recyclage hydrométallurgique est considéré comme la technologie la plus appropriée du point de vue environnemental et présente des avantages évidents en termes de faible consommation d'énergie, de taux de récupération de métal et de pureté des métaux. Dans le procédé d'hydrométallurgie, le peroxyde d'hydrogène (H2O2) Albone® est le réactif le plus utilisé pour la récupération des métaux de la cathode. Il agit comme agent réducteur dans le processus de lixiviation où il est combiné avec des acides, principalement l'acide sulfurique. L'utilisation de peroxyde d'hydrogène dans le processus de lixiviation permet une efficacité de lixiviation optimisée et un temps de réaction réduit. De plus, le peroxyde d'hydrogène Albone® d’Arkema a des caractéristiques environnementales uniques puisque les sous-produits de décomposition sont uniquement l'eau et l'oxygène. Arkema produit du peroxyde d'hydrogène en utilisant des technologies de pointe, garantissant une qualité constante et fiable. S'appuyant sur une chaîne d'approvisionnement efficace et des solutions logistiques optimisées, Arkema apporte également un support technique à ses clients, notamment une expertise sur la sécurité du stockage et de la manutention, leur permettant de profiter propriétés uniques du peroxyde d'hydrogène Albone® d'Arkema.