Batteries à forte densité d'énergie utilisant un électrolyte gélifié, présentant une longue durée de vie et une sécurité renforcée

par Gaël Coquil

Projet de thèse en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Laure Monconduit.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques Balard , en partenariat avec ICGM - Institut Charles Gerhardt de Montpellier (laboratoire) et de AIME - Agrégats, Interfaces, Matériaux pour l'Energie (equipe de recherche) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    L'utilisation de phases intermétalliques comme électrode négative pour batterie Li-ion a récemment montré qu'en conditions spécifiques (dépôt de brevet en cours), en utilisant un électrolyte classique de sel de lithium dissous dans un mélange d'alkyle carbonates, la durée de vie de la batterie était multipliée par dix. Ce gap en durée de vie est à corréler à une dégradation de l'électrolyte (classique pour ces systèmes), maitrisée, dans ces conditions spécifiques de cyclage. Par ailleurs nous avons mis en évidence (thèse Ademe/Total 2013-2016) que la voie micro-onde permet de synthétiser des matériaux intermétalliques en quelques secondes (brevet 2015) démontrant de bonnes performances en batterie. L'objectif de ce nouveau projet de thèse est de faire fructifier ces avancées récentes en termes de matériaux d'électrode et d'électrolyte pour aller vers des batteries Li-ions à base d'électrolyte polymère, présentant de forte capacités, des durées de vie et sécurité accrues. Les électrodes à base de SnSb, MxSnySbz (préparées par micro-ondes) seront les électrodes négatives, les phases LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2 (NMC) éventuellement LFP, les électrodes positives (préparées par microondes). Sur la base des découvertes récentes, l'électrolyte sera optimisé et testé dans les conditions réalistes de fonctionnement. Les performances seront mises en relief avec l'étude du mécanisme électrochimique, et du vieillissement, au niveau des électrodes, de l'interface électrode/électrolyte, de l'électrolyte (XRD, IR, impédance...). Les avantages de ces nouveaux systèmes électrochimiques à électrolyte polymère (préparé in situ ou ex situ) seront : i)d'empêcher les réactions parasites de dégradation des solvants/sel de lithium qui sont à l'origine d'une couche résistive sur la surface des électrodes, appelée SEI (Solid Electrolyte Interphase), accentuée dans le cas des matériaux d'électrodes subissant de fortes variations de volume (lors des lithiation/délithiation) comme c'est le cas des matériaux de cette étude qui subissent lors de la lithiation des expansions, ii) de garantir ainsi une longue durée de vie, et iii)de présenter une plus sécurité accrue, puisque supprimant le risque de fuites et enfin iv)de présenter de fortes densités d'énergie

  • Titre traduit

    High energy density batteries using a gelled electrolyte, having a long life and enhanced security


  • Résumé

    The use of intermetallic phases as negative electrode for Li-ion battery has recently shown that specific conditions (patent pending), using a conventional lithium salt electrolyte dissolved in a mixture of alkyl carbonates, duration of battery life was multiplied by ten. This gap in life is to be correlated to degradation of the electrolyte (standard for these systems), mastered in these specific conditions of cycling. Furthermore we highlighted (Thesis ADEME / Total 2013-2016) that the microwave route for synthesizing intermetallic materials in seconds (patent 2015) demonstrating good performance battery. The objective of this new thesis project is to build on these recent advances in terms of electrode and electrolyte materials to go to Li-ion batteries based polymer electrolyte with high capacity, periods of increased life and safety. Based electrodes of SnSb, MxSnySbz (prepared by microwave) are the negative electrodes, the phases LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2 (NMC) optionally LFP, the positive electrode (prepared by microwave). Based on recent findings, the electrolyte will be optimized and tested under realistic operating conditions. Performance will be highlighted with the study of the electrochemical mechanism, and aging at the electrodes, the electrode / electrolyte interface of the electrolyte (XRD, IR, impedance ...). The benefits of these new electrochemical systems polymer electrolyte (prepared in situ or ex situ) will be: i) prevent side reactions of degradation of the solvent / lithium salt which are originally a resistive layer on the surface of the electrodes, called SEI (Solid Electrolyte Interphase), accentuated in the case of electrode materials undergoing high volume changes (when lithiation / delithiation) as is the case of this study materials that undergo during the lithiation expansions, ii) thus to ensure a long life, and iii) to present a more security, since eliminating the risk of leaks and finally iv) to present high densities of energy