Propriétés de transport dans les électrolytes concentrés à base de y-butyrolactone : application aux accumulateurs rechargeables au lithium

par Alexandre Chagnes

Thèse de doctorat en Chimie Physique

Sous la direction de Daniel Lemordant et de Bernard Carre.

Soutenue en 2002

à Tours .

Le président du jury était Robert Coudert.

Le jury était composé de Daniel Lemordant, Bernard Carre, Patrick Willmann.

Les rapporteurs étaient Hugues Ménard, Jean-Pierre Pereira-Ramos.

mots clés

• Accumulateurs au lithium-polymère
• Électrolytes -- Transport
• Conduction ionique
• Solutions ioniques -- Viscosité

Résumé

Le but de ce travail est d'étudier les propriétés de transport dans des électrolytes à base de y-butyrolactone en tant que composé majoritaire et de démontrer que ce type d'électrolyte peut être utilisé dans les batteries Li-ion dans une large gamme de température (-15°C à 60°C). L'effet du sel, de la composition en co-solvant (carbonate d'éthylène, EC) et de la température sur les viscosités et les conductivités des solutions a été étudié. Au point eutectique des mélanges BL-EC(Xec=0,1), la température de cristellisation est de -57°C. L'électrolyte optimisé, forme une couche de passivation de bonne qualité sur l'électrode en carbone ce qui permet de cycler convenablement. Des piles complètes ont été réalisées et leur cyclabilité a été testée entre 25°C et -15°C. Dans le but d'améliorer la mouillabilité du séparateur en polypropylène, le perfluorooctanesulfonate de tétraéthylammonium a été ajouté aux solutions électrolytiques. Ce surfactant diminue la tension de surface de l'électrolyte et permet de cycler les piles aux basses températures(jusqu'à -10°C). Un modèle théorique, dérivé de la théorie du pseudo-réseau pour les électrolytes concentrés, a été utilisé pour décrire les propriétés de transport(conductivité, viscosité,énergie d'activation). La dépendance en la concentration en sel des propriétés de transport de ces électrolytes a été établie. Dans le cas de l'énergie d'activation pour la conductivité, les interactions ion-dipôle ont été prises en compte au moyen d'une modélisation numérique dans le but de faire concorder les résultats avec les données expérimentales.

Titre traduit

Transport properties in concentrated electrolytes containing y-butyrolactone. Application to the lithium-ion batteries

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