CA2658741A1 - Nouveaux materiaux d`electrode presentant une conductivite de surface elevee - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne La présente invention concerne les matériau x d'électrode capables de réaction rédox par échange d'ions alcalins et d'électrons avec un électrolyte. Les applications sont dans le domaine des générateurs électrochimiques (batteries) primaires ou secondaires, les supercapacités et les systèmes de modulation de la lumière de type supercapacité.

Claims (21)

1. Matériau d'électrode comprenant un oxyde complexe correspondant à la formule générale A a M m Z z O o N n F f dans laquelle:

A comprend un métal alcalin;

M comprend au moins un métal de transition, et optionnellement un métal autre qu'un métal de transition, ou leurs mélanges;

Z comprend au moins un non-métal;

O est l'oxygène; N l'azote et F le fluor; et les coefficients a, m, z, o, n, f >= 0 étant choisis de manière à
assurer l'électroneutralité, caractérisé en ce qu'un dépôt de matériau carboné conducteur est déposé à la surface du matériau d'une manière homogène de façon à obtenir une distribution substantiellement régulière du champ électrique à la surface des grains du matériau.
2. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dépôt de matériau carboné est obtenu par pyrolyse d'une matière organique.
3. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que le métal de transition comprend le fer, le manganèse, le vanadium, le titane, le molybdène, le niobium, le zinc et le tungstène, seuls ou en mélanges, le métal autre qu'un métal de transition comprend le magnésium ou l'aluminium, et le non-métal comprend le soufre, le sélénium, le phosphore, l'arsenic, le silicium, le germanium, le bore et l'étain, seuls ou en mélanges.
4. Matériau selon la revendication 3 caractérisé en ce que le métal de transition comprend le fer, le manganèse, le vanadium, le titane, le molybdène, le niobium et le tungstène aux états d'oxydation suivants: Fe2+, Mn2+, V2+, V3+, Ti2+, Ti3+, Mo3+, Mo4+, Nb3+, Nb4+, w4+.
5. Matériau selon la revendication 1 dans lequel le précurseur du matériau carboné
comprend les hydrocarbures et leurs dérivés, le pérylène et ses dérivés, les composés polyhydriques et leurs dérivés, un polymère ou mélange de polymères, et leurs mélanges.
6. Matériau selon la revendication 5 caractérisé en ce que le précurseur comprend un polymère.
7. Matériau selon la revendication 6 caractérisé en ce que le polymère comprend les polyoléfines, les polybutadiènes, l'alcool polyvinylique, les produits de condensation des phénols, les polymères dérivés de l'alcool furfurylique, les polymères dérivés du styrène, du divinylbenzène, de l'acrylonitrile, de l'acétate de vinyle, la cellulose, l'amidon et ses esters, et leurs mélanges.
8. Procédé de dépôt d'un matériau carboné tel que défini à la revendication 6 sur un matériau d'électrode, caractérisé en ce que le polymère ou le mélange de polymères est dispersé avec l'oxyde complexe suivi d'une pyrolyse sous vide ou sous atmosphère d'un gaz non réactif.
9. Procédé de dépôt d'un matériau carboné tel que défini à la revendication 7 caractérisé en ce qu'un monomère ou mélange de monomères est additionné à
l'oxyde complexe suivi d'une polymérisation, et d'une pyrolyse effectuée sous vide ou sous atmosphère d'un gaz non réactif.
10. Procédé de dépôt d'un matériau carboné défini selon la revendication 1 caractérisé en ce que la source de carbone est le monoxyde de carbone seul ou en mélange avec un gaz inerte, et que le dépôt est obtenu par l'équilibre de dismutation 2 CO ~ C +
CO2 à une température inférieure à 900°C optionnellement en présence d'un catalyseur.
11. Procédé de préparation d'un matériau selon la revendication 1 caractérisé
en ce que le dépôt est fait par pyrolyse à partir d'un dérivé organique d'un métal alcalin A
apportant la fraction a-a' du métal alcalin à partir de l'oxyde complexe A a'M
m Z z O o N n F f de manière à laisser par pyrolyse un dépôt carboné à la surface de l'oxyde complexe dont la composition devient A a M m Z z O o N n F f, tel que a-a' > 0.
12. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que la teneur massique finale en matériau carboné est comprise entre 0.1 et 55%.
13. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'oxyde complexe comprend les sulfates, phosphates, silicates, oxysulfates, oxyphosphates, et oxysilicates, ou leurs mélanges, d'un métal de transition et de lithium, et leurs mélanges.
14. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'oxyde complexe est de formule Li1+x MP1-x Si x O4 ou Li1+x-y MP1-x Si x O4-y F y dans laquelle 0 < x, y <= 1 et M
comprend Fe or Mn.
15. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'oxyde complexe est de formule Li3-x+z M2(P1-x-z S x Si z O4)3 dans laquelle M comprend Fe ou Mn, 0 <= x, et z <= 1.
16. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'oxyde complexe est de formule Li3+u-x+z V2-z-w Fe u Ti w(P1-x-z S x Si z O4)3 ou Li4+x Ti5O12, Li4+x-2y Mg y Ti5O12, dans laquelle 0 <= x; w <= 2; y <= 1 and z <= 1.
17. Cellule électrochimique caractérisée en ce qu'au moins une électrode comprend au moins un matériau selon la revendication 1.
18. Cellule électrochimique selon la revendication 17 caractérisée en ce qu'elle fonctionne comme batterie primaire ou secondaire, super capacité ou système de modulation de la lumière.
19. Cellule selon la revendication 18 fonctionnant comme une batterie primaire ou secondaire, caractérisée en ce que l'électrolyte est un polymère, solvatant ou non, optionnellement plastifié ou gélifié par un liquide polaire contenant en solution un ou plusieurs sels métalliques.
20. Cellule selon la revendication 18 fonctionnant comme une batterie primaire ou secondaire, caractérisée en ce que l'électrolyte est un liquide polaire immobilisé dans un séparateur microporeux.
21. Cellule selon la revendication 19 dans laquelle un des sels métalliques est un sel de lithium.
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