Thèse soutenue

Copolymères en peigne à greffons éthers et carbonates : du design macromoléculaire à leur utilisation comme électrolyte de batterie au lithium
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Auteur / Autrice : Thomas Clément
Direction : Patrice Rannou
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences des polymères
Date : Soutenance le 26/03/2021
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes moléculaires et nanomatériaux pour l’énergie et la santé (Grenoble) - Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Cristina Iojoiu
Examinateurs / Examinatrices : Margaud Lecuyer, Philippe Poizot
Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Gigmes, David Mecerreyes

Résumé

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Les densités d’énergie des accumulateurs au lithium métal actuels restent limitées en raison de la stabilité électrochimique réduite à haut potentiel des électrolytes basés sur le PEO. D'autres familles de polymères ont été étudiées pour pallier à ce problème, montrant une stabilité pouvant atteindre 5V vs Li+/Li. Les polycarbonates font partie de ces matériaux. Dans ce contexte, cette thèse décrit la synthèse et le développement de polymères et de copolymères en peigne basés sur le poly(triméthylènecarbonate) (PTMC) pour leur utilisation en tant que matrice hôte polymère de sels de lithium. La synthèse de PTMCs par ROP organocatalysée du TMC est ici décrite et permet d’obtenir une large gamme de masses molaires de faibles dispersités (0,7 kg.mol-1 < Mn < 50 kg.mol-1 ; DPn < 1,18). Les caractérisations électrochimiques des électrolytes PTMC/sels de lithium sont développées. Elles permettent l’optimisation de ces électrolytes (nature du sel, concentration, Mn, etc) et de proposer un mécanisme de transport ionique dans ces matrices PTMC. Le développement de la synthèse de copolymères en peigne, basés sur un squelette poly(pentafluorostyrène) (PPFS) et des chaînes latérales PEOs et PTMCs (PPFS-g-PEO et PPFS-g-PTMC), permet de pallier aux faibles valeurs du module d'Young des homopolymères tout en gardant une dynamique de chaînes latérales importantes, favorable au transport ionique. A longueur équivalentes de chaînes PTMCs (et Mn > 1,9 kg.mol-1), les PPFS-g-PTMC ont une conductivité ionique similaire à celle des homopolymères. De plus, la comparaison des électrolytes copolymères basés sur des chaînes latérales PEOs et PTMCs de DPn similaires montre une conductivité identique pour T > 60°C. Nos études constituent donc une preuve de concept de l'utilisation de ces matériaux basés sur les polycarbonates en tant qu’électrolytes polymères pour batterie lithium métal.