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Carbon black/electrolyte interface study by electromagnetic and electrochemical techniques in γAl2O3/poly(vinylidene fluoride)/carbon black composite materials: Application for lithium-ion batteries

Authors :
Nicolas Gauthier
Anshuman Agrawal
Olivier Dubrunfaut
Sylvain Franger
Bernard Lestriez
Jean-Claude Badot
Loïc Assaud
Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (GeePs)
CentraleSupélec-Sorbonne Université (SU)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ministère de la Culture (MC)
Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Nantes université - UFR des Sciences et des Techniques (Nantes univ - UFR ST)
Nantes Université - pôle Sciences et technologie
Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Sciences et technologie
Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (Nantes Univ - EPUN)
Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)
Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E)
Aix Marseille Université (AMU)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Nantes Université (Nantes Univ)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Université de Montpellier (UM)
ANR-11-LABX-0039,CHARMMMAT,CHimie des ARchitectures MoléculairesMultifonctionnelles et des MATériaux(2011)
ANR-15-CE05-0001,PEPITE,Caractérisation multiéchelles et modélisation des propriétés de transport, ainsi que leur influence sur les performances en puissance d'électrodes composites de batteries au lithium à haute densité d'énergie(2015)
Source :
Electrochimica Acta, Electrochimica Acta, 2023, 437, pp.141495. ⟨10.1016/j.electacta.2022.141495⟩
Publication Year :
2023
Publisher :
Elsevier BV, 2023.

Abstract

International audience; This work aims at better understanding the interactions existing between the liquid electrolyte and the solid composite electrode in a Li-ion battery. We substituted the common active material (e.g. LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 or LiFePO4) by an insulating (inactive) gamma-Al2O3 compound in order to detect and evidence the interaction between the carbon black electronic additive and the liquid electrolyte. Our study presents the characterization of charge (electrons and ions) transport at different scales by combining a high-frequency analysis performed by broadband dielectric spectroscopy (BDS, up to 10(10) Hz), along with a low-frequency analysis performed by electrochemical impedance spectroscopy (EIS, down to 10(-3) Hz). Two carbon black materials with two different specific surface areas (80 m(2).g(-1) and 65 m(2).g(-1), respectively) were studied. The electronic percolation threshold and the kinetics of impregnation of the hierarchical composite electrode by the liquid electrolyte have been determined with respect to the carbon black content. The significant influence of the adsorbtion of ions at the carbon black surface on the electrons transport is particularly highlighted and explained.

Details

ISSN :
00134686
Volume :
437
Database :
OpenAIRE
Journal :
Electrochimica Acta
Accession number :
edsair.doi.dedup.....ad4eb81662980d60fc25cf1b57db760b
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.141495