INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Typiquement, la rugosité de surface des NC est liée à la porosité des particules, décrite, par exemple, par une distribution de taille de pore et un volume de pore. La rugosité de surface VMQ (calculée comme étant la valeur moyenne quadratique de pics et de vallées microscopiques mesurés en surface), par exemple, est connue pour être corrélée à la taille de pore de surface (par exemple, ordre de grandeur similaire). Par exemple, des pores de 2 nm peuvent indiquer une rugosité de surface VMQ approximative de 1 nm.
En gros, la porosité du NC peut se situer dans une ou plusieurs des catégories suivantes : microporosité, définie par des pores ayant un diamètre inférieur à 2 nm ; mésoporosité, définie par des pores d’un diamètre se situant dans une plage de 2 à 50 nm ; et macroporosité, définie par des pores ayant un diamètre supérieur à 50 nm.
La distribution de la taille de pore et le volume de pore dans le noir de carbone peuvent être déterminés par des techniques de physisorption de gaz telles qu’une porosimétrie d’adsorption d’azote en mesurant l’adsorption de gaz d’azote en utilisant une analyse BET suivie d’un ajustement des isothermes d’adsorption avec différents modèles, par exemple, la DFT (théorie de la fonction de masse volumique) et le modèle BJH (Barrett‐Joyner‐Halenda), en fonction de la région de taille de pore d’intérêt. Le modèle d’adsorption BJH a été utilisé pour ajuster l’isotherme d’adsorption de N2 et calculer les volumes de mésopores et de macropores présentés ici.
Sans vouloir être liés par une interprétation particulière, on pense que les propriétés de fibrillation dans les NC multifonctionnels peuvent être dictées, au moins en partie, par la macroporosité de la particule, avec les macropores agissant comme des points d’ancrage pour l’entrelacement du liant sur la surface du NC et l’étirement du liant en fibrilles lorsque des forces de cisaillement élevées sont appliquées.
Des mises en œuvre supplémentaires utilisent un NC multifonctionnel en combinaison avec un additif conducteur sensiblement sans fibrillation, un ACC conventionnel, par exemple. Tel qu’utilisé ici, le terme « additif conducteur additionnel » fait référence à un matériau autre (à savoir, un matériau qui exclut ou n’est pas) qu’un NC multifonctionnel tel que décrit ci-dessus. Typiquement, les additifs conducteurs additionnels ne présentent pas ou ne présentent sensiblement pas de fonctionnalité de fibrillation.
Des plastifiants et/ou autres matériaux conventionnellement utilisés dans les compositions d’électrode peuvent être inclus également.
Certains exemples illustratifs emploient un NC multifonctionnel conjointement avec un autre matériau (additionnel), par exemple, un fibrillateur conventionnel tel qu’un CA, un carbone dur, du graphite, des graphènes, d’autres additifs conducteurs sans fibrillation, des plastifiants, ou des combinaisons de ceux-ci. Dans certaines applications, un NC multifonctionnel est combiné avec un CA en un rapport dans une plage d’environ 95:5 à environ 50:50.
D’autres exemples utilisent un additif à base de carbone contenant au moins deux noirs de carbone ayant une ou plusieurs caractéristiques qui sont différentes les unes des autres, par exemple, par rapport à leur BET. Sont également possibles des mélanges homogènes de noirs de carbone ayant une structure-IAH qui sont différents les uns des autres et/ou des mélanges homogènes de différentes morphologies de carbone, à savoir, charbon actif ou graphite avec un ou plusieurs NC. Au moins un composant dans le mélange homogène est un NC multifonctionnel.
Tel que noté précédemment, de nombreux aspects de l’invention portent sur des méthodes de production de compositions d’électrode, de produits d’électrode (par exemple, films), d’électrodes (dans lesquelles un produit d’électrode tel qu’un film a été appliqué sur un substrat conducteur), et/ou de batteries.
Pour commencer par le procédé par voie sèche employé pour préparer la composition d’électrode décrite ci-dessus, effectuer ce procédé cible au moins deux objectifs : le mélange homogène de certains et typiquement de tous les constituants, constituants qui, dans la plupart des cas, sont fournis sous la forme de particules libres (par exemple, s’écoulant ou pouvant être versées) ; et le traitement du liant en présence d’un NC multifonctionnel. Dans certains modes de réalisation, chacun de ces deux objectifs est rempli par une ou plusieurs opérations de mélange conduites dans des conditions de cisaillement spécifiques, en utilisant un équipement approprié.
Un mélange à faible cisaillement, par exemple, peut être sélectionné pour distribuer des ingrédients, aussi uniformément que possible, par exemple en utilisant un broyeur à cylindres. Tel qu’utilisé ici, le terme « mélange à faible cisaillement » fait référence à un mélange conduit dans des conditions qui ne sont pas suffisantes ou pas sensiblement suffisantes pour fibriller un liant pouvant être fibrillé. Utiliser des conditions de mélange à faible cisaillement peut également permettre d’éviter des fragmentations excessives des particules, souvent une considération pour certains matériaux électroactifs.
Dans de nombreux modes de réalisation, le traitement du liant en présence d’un NC multifonctionnel est conduit sous un mélange à cisaillement élevé. Tel qu’utilisé ici, le terme « mélange à cisaillement élevé » fait référence à des conditions de cisaillement qui sont suffisamment vigoureuses pour déformer (par exemple, allonger, enchevêtrer) un liant à un degré suffisant pour préparer une électrode à film par une technique sans solvant. Dans le cas de liants pouvant être fibrillés, un mélange à cisaillement élevé fait référence à un mélange dans des conditions de cisaillement qui sont suffisantes pour fibriller le liant.
Sans vouloir être liés par une interprétation particulière, on pense que, en présence d’un additif multifonctionnel de NC et dans des conditions de cisaillement élevé, un liant polymère est déformé, devenant étiré, allongé et enchevêtré. Les attributs d’énergie de surface et/ou de rugosité de surface caractérisant le NC peuvent faciliter le maintien du liant polymère et les deux (NC et polymère) peuvent devenir comprimés entre les particules électroactives, résultant en le liant polymère étant étiré. Avec des particules de NC dispersées dans le liant ou sur la surface du liant, on pense que les particules de NC peuvent maintenir ensemble de domaines polymères voisins. D’autres facteurs contributifs incluent les interactions polymère-polymère (qui devraient augmenter avec l’augmentation des allongements des polymères et/ou avec les forces de cisaillement multi-directionnelles), les interactions particules électroactives-liant polymère (qui peuvent porter sur l’énergie de surface, et/ou d’autres facteurs.
Aux mêmes conditions de cisaillement élevé ou sensiblement aux mêmes conditions de cisaillement élevé, ces manifestations tendent à devenir plus prononcées lorsque le liant employé est un liant pouvant être fibrillé. Les propriétés de surface et autres propriétés des NC favorisent l’accrochage du polymère ici et là. Avec toutes les particules se déplaçant sous un mélange à cisaillement élevé, le polymère devient allongé, formant des brins très longs et très fins (ayant un rapport longueur/diamètre élevé). Typiquement, ces effets seront moins prononcés avec un liant ne pouvant pas être fibrillé traité aux mêmes conditions de cisaillement élevé ou sensiblement aux mêmes conditions de cisaillement élevé. Or, dit différemment, un liant ne pouvant pas être fibrillé peut requérir des conditions de cisaillement élevé accrues pour obtenir des résultats approchant une fibrillation complète.
Outre les contributions de traitement décrites ci-dessus, le NC multifonctionnel peut augmenter la conductivité électrique et, dans de nombreux cas, peut agir comme un renforcement mécanique en maintenant ensemble les liants polymères pouvant être fibrillés ainsi que ne pouvant pas être fibrillés qui sont « déformés » (allongés, enchevêtrés, etc.) dans une pleine mesure ou une moindre mesure ou « non déformés » (de forme globulaire, arrondie, sphérique, etc.).
Dans certaines situations, un mélange à cisaillement élevé peut également être utilisé pour rompre les particules en plus petits fragments. Les particules ou granules de NC plus gros tels que les boulettes de NC, par exemple, peuvent être réduits en particules plus petites qui deviennent uniformément réparties dans la composition d’électrode, augmentant ainsi la conductivité électrique et/ou les propriétés mécaniques.
Les valeurs de cisaillement spécifiques peuvent dépendre de l’échelle de l’opération, des matériaux impliqués, du type de l’équipement de mélange et/ou d’autres facteurs. Des réglages de mélange faible ou élevé peuvent être déterminés ou optimisés sur la base de l’expérience antérieure, des expériences ordinaires, et ainsi de suite.
Les constituants peuvent être combinés dans n’importe quel ordre conçu pour obtenir un mélange, de préférence un mélange qui est bien dispersé, par exemple, avec une distribution uniforme des constituants, autrement dit un mélange qui est homogène. Dans un exemple, le NC est dispersé de manière homogène sur la surface du matériau électroactif et du liant.
Le traitement du liant (par exemple, fibrillation) peut être effectué sur tout mélange ou prémélange (prémélange homogène) qui mêle l’additif multifonctionnel de NC et le liant.
Les techniques appropriées qui peuvent être utilisées ou adaptées pour conduire les étapes de mélange et/ou de traitement du liant, par exemple, de fibrillation, incluent une agitation mécanique, un secouage, une agitation, etc., et peuvent utiliser un équipement tel que des broyeurs à jet, des broyeurs cylindriques, des mélangeurs acoustiques, des extrudeuses, des mélangeurs planétaires, d’autres dispositifs de mélange, par exemple, des mélangeurs à l’échelle du laboratoire, un équipement approprié pour des évaluations à l’échelle pilote, pour une fabrication industrielle à grande échelle et ainsi de suite.
Le serveur centralisé 101 peut comprendre une interface 503 apte à communiquer de manière bidirectionnelle avec chaque véhicule de l’ensemble 100, notamment via un réseau étendu de type IP.
Procédé et système de supervision à distance d’une flotte de véhicules autonomes Le domaine de l’invention est celui des véhicules à délégation de conduite destinés au transport de biens et/ou de personnes, également dénommés véhicules autonomes. L’invention concerne plus particulièrement la sécurisation du fonctionnement d’une flotte de véhicules à délégation de conduite en cours d’opération au moyen d’une supervision et d’une assistante à distance des véhicules.
Un véhicule à délégation de conduite est équipé d’une batterie de capteurs comprenant notamment des capteurs extéroceptifs (caméras, Lidars par exemple) chacun apte à fournir une information sur l’environnement dans lequel se trouve le véhicule. Un tel véhicule comprend par ailleurs une unité de conduite automatisée configurée pour élaborer, sur la base des informations obtenues par la batterie de capteurs, une trajectoire spatio-temporelle du véhicule en adéquation avec les missions d’opérations qui lui ont été confiées.
Contrairement à un métro automatisé par exemple, un véhicule à délégation de conduite évolue dans un milieu ouvert. L’environnement dans lequel le véhicule évolue peut ainsi changer très rapidement et placer le véhicule en situation perturbée de manière fugace. Un changement de l’environnement peut induire une sortie du domaine de conception fonctionnelle du véhicule. Cette sortie doit être détectée afin de pouvoir replier le véhicule dans un état stable d’arrêt en sécurité. Ainsi, l’unité de conduite automatisée du véhicule est en particulier apte à détecter un obstacle environnant et à mettre le véhicule à l’arrêt en cas de détection d’un obstacle environnant.
Les véhicules à délégation de conduite qui sont actuellement exploités effectuent une demande de reprise en main ou d’assistance par un conducteur humain présent par sécurité à bord pour répondre à une sortie de leur domaine de conception fonctionnelle. C’est ainsi le conducteur humain qui, suite à un arrêt de sécurité, prend la décision de redémarrer ou non le véhicule en mode de conduite automatisée.
Les futurs véhicules à délégation de conduite, notamment ceux de niveau 4 selon le référentiel de la SAE (Society of Automotive Engineers), seront opérés sans conducteur humain à leur bord. Il existe pour ceux-ci un besoin d’une solution pour assurer une reprise de la conduite automatisée suite à un arrêt de sécurité automatiquement enclenché par un véhicule en conséquence d’une détection par le véhicule d’une sortie de son domaine de conception fonctionnelle.
L’invention vise à répondre à ce besoin et propose pour cela un procédé de supervision à distance d’une flotte de véhicules à délégation de conduite où chaque véhicule de la flotte comprend des capteurs extéroceptifs chacun apte à fournir une information sur l’environnement du véhicule, une unité d’enregistrement apte à stocker les informations obtenues par les capteurs extéroceptifs et une unité de conduite automatisée apte à détecter un obstacle environnant sur la base des informations obtenues par les capteurs extéroceptifs et à mettre le véhicule à l’arrêt en cas de détection d’un obstacle environnant.
Le procédé comprenant les étapes suivantes :
suite à la mise à l’arrêt d’un véhicule par son unité de conduite automatisée, établissement d’une session de communication sans fil entre le véhicule et un système de supervision distant du véhicule ; au cours de la session de communication sans fil : transmission du véhicule vers le système de supervision : d’informations actuellement acquises par les capteurs extéroceptifs du véhicule constituant des informations sur l’environnement temps réel du véhicule ; et d’informations stockées dans l’unité d’enregistrement du véhicule correspondant à des informations préalablement acquises par les capteurs extéroceptifs du véhicule et constituant des informations sur l’environnement passé du véhicule; transmission du système de supervision au véhicule d’une commande de redémarrage ou d’une commande d’interdiction de redémarrage ; puis fermeture de la session de communication sans fil.
il comprend en outre la sélection d’une fenêtre temporelle pour laquelle les informations sur l’environnement passé du véhicule sont transmises au système de supervision ; la fenêtre temporelle inclut la date de mise à l’arrêt du véhicule ; l’établissement de la session de communication sans fil comprend l’émission par le véhicule à destination du système de supervision d’un signal de mise à l’arrêt ; le signal de mise à l’arrêt est transmis quand une durée de la mise à l’arrêt du véhicule dépasse un seuil ; le signal de mise à l’arrêt est porteur d’une information relative à une cause de la mise à l’arrêt du véhicule ; le signal de mise à l’arrêt est porteur d’une information relative à une catégorie de l’obstacle environnant ; les capteurs extéroceptifs comprennent une caméra, la transmission des informations sur l’environnement temps réel du véhicule comprend la transmission d’un flux vidéo actuellement capté par la caméra et la transmission des informations sur l’environnement passé du véhicule comprend la transmission d’un extrait vidéo préalablement capté par la caméra et stocké dans l’unité d’enregistrement du véhicule ; il comprend en outre l’affichage, sur un dispositif d’affichage du système de supervision, des informations sur l’environnement temps réel du véhicule et des informations sur l’environnement passé du véhicule, les informations sur l’environnement temps réel du véhicule étant affichées sur la droite du dispositif d’affichage et les informations sur l’environnement passé du véhicule étant affichées sur la gauche du dispositif d’affichage ; il comprend en outre la transmission par le système de supervision au véhicule d’une commande de klaxonnement ou d’une commande de réalisation d’un appel de phare ; il comprend en outre la transmission par le système de supervision d’une demande d’intervention à un opérateur local.
- la est un schéma illustrant une flotte de véhicules à délégation de conduite et un système de supervision à distance de la flotte ;
- la est un schéma illustrant une répartition possible d’informations de différentes natures sur un dispositif d’affichage du système de supervision.
La température de cylindre peut être, par exemple, d’environ la température ambiante (20 °C) à environ 200 °C. Des températures de cylindre élevées peuvent résulter en un film autoportant plus fin à la première passe, tandis que c’est l’opposé à une température inférieure. La vitesse de cylindre peut varier. Dans des exemples illustratifs, la vitesse de cylindre est réglée d’environ 0,17 mètre par minute (m/min) à environ 1,3 m/min. Une vitesse de cylindre plus lente tend à produire un film autoportant plus mince à la première passe comparativement à une vitesse de cylindre plus rapide. La pression hydraulique employée peut être dans une plage d’environ 1 000 psi à environ 7 000. Là encore, une pression supérieure peut résulter en un film autoportant plus mince à la première passe comparativement aux films plus épais obtenus à une pression inférieure.
Des passes additionnelles à travers le broyeur à cylindres peuvent être employées, réduisant l’épaisseur de film jusqu’à ce que l’épaisseur et la charge souhaitées soient atteintes. Dans des mises en œuvre spécifiques, l’épaisseur de film est dans une plage d’environ 40 μm à environ 300 μm, par exemple, d’environ 50 à environ 200 μm, d’environ 100 μm à environ 150 μm. Sont également possibles des épaisseurs de film dans une plage de 50 to 100, 50 à 150, 50 à 200, 50 à 250 ; ou de 100 à 150, 100 à 200, 100 à 250, 100 à 300 ; ou de 150 à 200, 150 à 250, 150 à 300 ; ou de 200 à 250, de 200 à 300 ; ou de 250 à 300 μm. Les charges souhaitées peuvent être d’environ 10 mg/cm 2 à environ 50 mg/cm 2 .
Les films autoportants préparés en utilisant un NC multifonctionnel dans un procédé sans solvant devraient avoir de bonnes propriétés mécaniques. Une technique d’évaluation mécanique qui peut être utilisée porte sur des tests de résistance à la traction. Par exemple, une anode en graphite devrait avoir une résistance à la traction d’au moins 100 kPa, alors que la résistance à la traction d’un film de cathode NCM devrait être d’au moins 500 kPa. Dans un exemple illustratif, le film autoportant a une résistance à la traction d’au moins 0,1 MPa et une épaisseur se situant dans une plage de 80 μm à 500 μm. Dans de nombreux cas, la performance mécanique du film était au moins aussi bonne que celle d’un film comparatif fabriqué en utilisant du CA.
Dans une opération optionnelle, le film est activé thermiquement, par exemple, pour assouplir le liant et préparer le produit d’électrode à être appliqué sur un substrat. Dans le laboratoire, cette opération peut être conduite en utilisant une plaque chauffante, à 100° centigrade (C), par exemple. Les approches pour les procédés à plus grande échelle incluent des calandres cylindre contre cylindre contrôlées en température, des séchoirs convectifs et/ou à micro-ondes, et ainsi de suite.
Le film (typiquement autoportant et contenant un matériau actif d’électrode, un NC multifonctionnel et un liant traité, par exemple, fibrillé) peut être appliqué sur un substrat conducteur ou un support (par exemple, un collecteur de courant en aluminium ou en cuivre). Dans un mode de réalisation, le film est stratifié sur une feuille de cuivre revêtue de carbone par calandrage des deux ensembles, en utilisant, par exemple un rouleau chaud horizontal à une température de cylindre, une vitesse de cylindre et une pression hydraulique appropriées.
La température de cylindre peut être dans la plage d’environ 80 à environ 100 °C. Les températures qui sont trop élevées peuvent augmenter la formation de cloques et une adhérence médiocre, alors que les températures qui sont trop faibles peuvent entraver l’adhérence.
La vitesse de cylindre peut être d’environ 0,17 m/min à environ 1,3 m/min, par exemple, d’environ 0,5 m/min, alors que la pression hydraulique peut être réglée d’environ 500 psi à environ 2 000 psi. D’autres réglages peuvent être employés. La pression peut être optimisée pour être suffisamment élevée pour favoriser l’adhérence au substrat sans altérer la charge, la porosité ou autres propriétés. Dans certaines mises en œuvre, une stratification est effectuée avant le réglage de l’épaisseur finale et/ou de la porosité de l’électrode à film.
La formation du film et son application sur le substrat peuvent être conduits en une seule étape dans certains cas. Par exemple, une composition d’électrode en poudre et une feuille de substrat peuvent être alimentées conjointement à travers les cylindres de calandrage dans des conditions appropriées pour produire un stratifié dans lequel la composition est pressée sur un film sur l’épaisseur et amenée à adhérer à la feuille. Dans cette approche, la formation d’un film autoportant est évitée.
[00199] La structure stratifiée peut être formée et/ou dimensionnée pour des applications spécifiques telles que des piles électrochimiques, par exemple, de BLI, par exemple, de BLI rechargeable, et ainsi de suite.
Les électrodes préparées tel que décrit ici peuvent être incorporées dans une batterie au lithium-ion selon des méthodes connues dans l’art, telles que, par exemple, celles décrites dans « Lithium Ion Batteries Fundamentals and Applications », par Yuping Wu, CRC press, (2015). Dans des mises en œuvre spécifiques, les batteries sont des piles de type bouton telles que, par exemple, des piles boutons 2032, des piles cylindriques 18650, des piles de poche, et autres.
Dans un exemple illustratif, une BLI inclut une anode préparée par un procédé par voie sèche. L’anode contient un NC multifonctionnel, par exemple, en une quantité non supérieure à 5 % en poids, un graphite (par exemple, graphite naturel, graphite artificiel ou mélanges homogènes des deux, des types de graphite disponibles dans le commerce tels que MPMC, FCM, FCDV, GAM, etc.) un matériau actif d’anode et un liant fibrillé. Tel que décrit ci-dessus, le matériau actif de graphite et le liant fibrillé peuvent être présents dans l’anode en une quantité d’au moins 80 % en poids et de pas plus de 5 % en poids, respectivement.
La seconde électrode (opposée) dans la batterie peut également être préparée en utilisant un procédé sans solvant. Dans une mise en œuvre, les deux électrodes dans la batterie contiennent un NC multifonctionnel tel que décrit ci-dessus.
Il est également possible de préparer la seconde électrode par un procédé par voie sèche conventionnel (utilisant du CA, par exemple), par une suspension épaisse ou par une autre technique non par voie sèche.
Outre les deux électrodes, la BLI type comprend un électrolyte approprié. Les exemples incluent, par exemple, le carbonate d’éthylène-carbonate de diméthyle-carbonate d’éthylméthyle (EC-DMC-EMC), le carbonate de vinylène (VC), le LiPF 6 ; le carbonate d’éthylène-carbonate de diéthyle (EC-DEC, LiPF 6 ; ou (EC-DMC), LiPF 6 . De plus, la composition d’électrolyte peut contenir des additifs spéciaux connus pour augmenter la performance des anodes comprenant du SiO x ou du silicone, par exemple les carbonates fluorés, tels que le carbonate de fluoroéthylène et autres. Dans le laboratoire, un séparateur qui absorbe l’électrolyte et empêche le contact électrique entre les électrodes, tout en permettant la diffusion des ions Li, peut être un micro filtre approprié de fibres de verres (par exemple, Whatman GF/A). Des séparateurs à membrane faits de polypropylène/polyéthylène (par exemple, Celgard 2300) peuvent également être utilisés dans certains cas.