Brevet FR3151942A1 — publié le 20250207

Procédé de conditionnement d’une encre aqueuse pour électrode de batterie, comprenant les étapes suivantes : i) effectuer une première étape de solidification en amenant l’encre à une température comprise entre -2 et 2°C, de préférence comprise entre – 1 et 1°C, encore plus préférentiellement égale à 0°C ; et ii) effectuer une deuxième étape de solidification en amenant l’encre à une température comprise entre -10 et -30°C, de préférence comprise entre -15°C à -25°C, encore plus préférentiellement égale à -20°C. Procédé de conditionnement d’une encre aqueuse pour électrode de batterie La présente invention concerne, de manière générale, les électrodes de batterie et, plus particulièrement, la fabrication d’une électrode de batterie. Plus précisément, l’invention concerne un procédé de conditionnement d’une encre aqueuse pour électrode de batterie, ainsi qu’un procédé de fabrication d’une électrode de batterie. Une batterie électrique est formée par une ou plusieurs cellules électrochimiques incorporant chacune une électrode positive, dite cathode, portée par un collecteur de courant métallique, une électrode négative, dite anode, également portée par un collecteur de courant métallique, et un électrolyte permettant d'assurer le déplacement d’ions entre les deux électrodes, tels que des ions lithium dans le cas d’une batterie lithium-ion. Les électrodes positive et négative de la cellule électrochimique sont réalisées par une étape d’enduction qui consiste à déposer une encre en fine couche sur le collecteur de courant métallique formé généralement par un feuillard. L’encre comprend classiquement un matériau actif, un liant polymère et un agent conducteur électrique dispersés de manière homogène dans un solvant. L’électrode négative d’une batterie lithium-ion comprend, par exemple, du graphite comme matériau actif, du carbone comme additif conducteur électrique, du carboxyméthylcellulose (CMC) et/ou du styrène-butadiène (SBR) comme liant et un solvant aqueux. Cette encre est peu stable dans le temps et se dégrade en l’espace de quelques heures par des phénomènes de sédimentation et d’évaporation du solvant aqueux à l’air libre. L’enduction doit être réalisée immédiatement et rapidement après la fin des étapes de mélange des composants de l’encre afin de maintenir leur homogénéité et avant que l’encre ne devienne inutilisable. L’étape de fabrication de l’encre est donc délicate et nécessite de ne produire qu’une quantité appropriée aux essais à réaliser et définie à l’avance, laissant peu de flexibilité lors de la fabrication des électrodes. L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer une solution visant à optimiser la fabrication d’électrode de batterie en stoppant la dégradation à l’air libre des encres d’électrode incorporant un solvant aqueux suivant leur formation, et permettre une utilisation de ces encres au moment voulu. Il est donc proposé un procédé de conditionnement d’une encre aqueuse pour électrode de batterie, comprenant les étapes suivantes : i) effectuer une première étape de solidification en amenant l’encre à une température comprise entre -2 et 2°C, de préférence comprise entre – 1 et 1°C, encore plus préférentiellement égale à 0°C ; et ii) effectuer une deuxième étape de solidification en amenant l’encre à une température comprise entre -10 et -30°C, de préférence comprise entre -15°C à -25°C, encore plus préférentiellement égale à -20°C. Un tel conditionnement à basse température de l’encre permet de figer sa structure dans le temps et éviter sa détérioration afin de pouvoir utiliser l’encre ultérieurement, dès que cela est nécessaire. Les opérateurs peuvent être mobilisés une fois sur la fabrication d’une quantité importante d’encre plutôt que de multiples fois pour la fabrication de plus petites quantités d’encre. Ceci conduit à un gain de temps sur les étapes de préparation de la production, la production elle-même et les étapes de nettoyage. Un tel procédé de conditionnement est adapté à tout type d’encre aqueuse de batterie : batterie stationnaire, batterie de véhicule roulant électrique ou électrifié tel qu’un véhicule automobile, un bus, un scooter, une moto, etc., ou batterie d’un dispositif électronique et/ou portable. L’encre est, par exemple, une encre de batterie lithium-ion. Il est à noter que, dans la présente description, les bornes d’un domaine de valeurs sont comprises dans ce domaine, notamment dans l’expression « compris entre ». Comme indiqué précédemment, le procédé de conditionnement comprend deux étapes consécutives i) et ii) de solidification de l’encre une première étape i) de solidification de l’encre. L’étape i) est, de préférence, réalisée à vitesse non contrôlée. L’étape i) est avantageusement une étape de figeage de l’encre. Lorsqu’une température comprise entre -2 et 2°C, de préférence comprise entre – 1 et 1°C, encore plus préférentiellement égale à 0°C est atteinte, l’étape ii) peut être effectuée. Pour effectuer l’étape i), l’encre peut simplement être placée dans un congélateur pour un refroidissement brutal. De préférence, l’étape ii) est effectuée à vitesse contrôlée. L’étape ii) est réalisée à une vitesse comprise entre 1°C/min et 10°C/min. Une telle plage de valeurs permet d’atteindre rapidement une surgélation homogène de l’encre. Préalablement aux étapes i) et ii) l’encre peut être versée dans un ou plusieurs contenants de stockage. L’encre peut ainsi être stockée jusqu’à 6 mois sans qu’elle ne se dégrade. Afin de permettre un meilleur contrôle de la quantité d’encre utilisée, la contenance et le nombre des contenants de stockage peuvent être adaptés à une ou plusieurs utilisations ultérieures souhaitées de l’encre. Les quantités optimales nécessaire pour la fabrication d’un lot d’encre peuvent alors être définies à l’avance. Un seul et même lot d’encre peut ainsi être utilisé pour plusieurs fabrications d’électrodes réparties dans le temps. Un tel procédé de conditionnement rend possible le transport d’encre d’électrode, jusqu’ici impossible. Il est alors possible d’envoyer des lots d’encre d’électrode conditionnée chez un tiers, sans dégrader le produit. Un autre objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une électrode de batterie comprenant les étapes suivantes : a) préparer l’encre d’électrode comportant un solvant aqueux ; b) stocker l’encre selon un procédé de conditionnement comme décrit précédemment ; c) décongeler l’encre ; d) enduire un collecteur de courant métallique avec l’encre ; e) laisser sécher l’enduction ; et f) récupérer l’électrode obtenue. De préférence, l’étape c) de décongélation est réalisée à l’air libre. L’enduction du collecteur de courant métallique est réalisée rapidement après décongélation afin d’éviter la dégradation de l’encre à l’air libre. Un tel conditionnement de l’encre lors de la fabrication de l’électrode de batterie permet d’améliorer la reproductibilité des produits finis. En effet, un même lot d’encre est utilisé pour plusieurs fabrications réalisées à différents moments dans le temps. Il est possible, à partir d’un même lot d’encre, d’effectuer des enductions différentes, sans besoin de les planifier à l’avance, ce qui permet de fabriquer des électrodes sur-mesure dès que cela est nécessaire. A l’étape c), les contenants d’encre de volumes souhaités pourront être décongelés dès que cela est nécessaire pour effectuer une nouvelle fabrication d’électrode. Selon un exemple, l’encre aqueuse préparée à l’étape a) peut être une encre d’électrode négative pour batterie lithium-ion. L’encre peut comprendre un matériau actif, tel que du graphite, un additif conducteur électrique, tel que du noir de carbone, un liant tel que de la CMC et/ ou du SBR, et un solvant aqueux. L’électrode négative peut comprendre 90-97% en poids de matière active (exemple : graphite), 1-5% de noir de carbone, et 1-10% de CMC et/ou SBR, les teneurs étant considérées en fonction du poids total de l’électrode. Procédé de conditionnement d’une encre aqueuse pour électrode de batterie, comprenant les étapes suivantes : i) effectuer une première étape de solidification en amenant l’encre à une température comprise entre -2 et 2°C, de préférence comprise entre – 1 et 1°C, encore plus préférentiellement égale à 0°C ; et ii) effectuer une deuxième étape de solidification en amenant l’encre à une température comprise entre -10 et -30°C, de préférence comprise entre -15°C à -25°C, encore plus préférentiellement égale à -20°C. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape ii) est effectuée à vitesse contrôlée. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’étape ii) est effectuée à une vitesse comprise entre 1°C/min et 10°C/min. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape i) est réalisée à vitesse non contrôlée. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’encre est versée dans un ou plusieurs contenants de stockage préalablement aux étapes i) et ii). Procédé selon la revendication 5, dans lequel la contenance des contenants de stockage est adaptée à une utilisation souhaitée de l’encre. Procédé de fabrication d’une électrode de batterie comprenant les étapes suivantes : préparer une encre d’électrode comportant un solvant aqueux ; stocker l’encre selon un procédé de conditionnement selon l’une quelconque des revendications précédentes ; décongeler l’encre ; enduire un collecteur de courant métallique avec l’encre ; laisser sécher l’enduction ; et récupérer l’électrode obtenue. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’étape c) de décongélation est réalisée à l’air libre.