Étude d'électrolytes hybrides solides destinés aux batteries lithium - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Study of hybrid solid electrolytes for lithium batteries

Étude d'électrolytes hybrides solides destinés aux batteries lithium

Résumé

This work focuses on the comparison of two processes for the elaboration of a solid hybrid electrolyte made of a mix of two polymers (PEO and PVDF-HFP), a lithium salt (LiTFSI), and of a silica network made in situ via a sol-gel method and functionalized with imidazolium groups. At first, the influence of the different components on the physicochemical and electrochemical properties of electrolytes made by dry casting is studied. Conductivities of 10⁻⁴ S/cm at 80 °C allow us to cycle LiFePO₄/Li batteries at a C/10 rate at the same temperature. A skeleton of hybrid PVDF-HFP/silica (functionalized or not) nanofibers is synthesized by electrospinning and its porosity is filled with a PEO/LiTFSI mix. The particular architecture of this type of electrolyte enables the decoupling of conduction and mechanical properties. Conductivities of 5.10-4 S/cm at 80 °C allow the cycling of LiFePO₄/Li batteries at a C/2 rate at the same temperature. The same electrospun hybrid membranes are evaluated as separators for hybrid water-in-salt electrolytes. Thanks to their excellent wetting and retention properties, LiMn₂O₄/TiO₂ batteries are cycled at a 10C rate with a low quantity of electrolyte.
Au cours de cette thèse, nous avons comparé deux voies d’élaboration d’un électrolyte solide hybride composé d’un mélange de deux polymères (PEO et PVDF-HFP), d’un sel de lithium (LiTFSI), et d’un réseau de silice formé in situ par voie sol-gel et fonctionnalisé par des groupements imidazolium Dans un premier temps, nous avons utilisé le procédé de coulée-évaporation pour étudier l’influence des différents constituants sur les propriétés physico-chimiques et électrochimiques. Des conductivités de 10⁻⁴ S/cm à 80°C ont été atteintes, ce qui permet de faire cycler des batteries LiFePO₄/Li à des régimes de C/10 à la même température. Le procédé d’extrusion électro-assistée a ensuite été utilisé afin de fabriquer un squelette de nanofibres hybrides PVDF-HFP/silice (fonctionnalisée ou non) dont la porosité est remplie par un mélange PEO/LiTFSI. L’architecture particulière de l’électrolyte ainsi fabriqué permet de découpler les propriétés de conduction des propriétés mécaniques. Les conductivités obtenues à 80°C sont de 5.10⁻⁴ S/cm, ce qui permet de faire cycler des batteries LiFePO₄/Li à des régimes de C/2 à la même température. Les mêmes squelettes hybrides « électrospinnés » ont été évalués en tant que séparateur pour des électrolytes aqueux super-concentrés (également appelés water-in-salt). Leurs excellentes propriétés de mouillage et de rétention permettent d’assurer le fonctionnement d’une batterie LiMn₂O₄/TiO₂ à des régimes atteignant 10C tout en diminuant la quantité d’électrolyte nécessaire.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

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Identifiants

  • HAL Id : tel-04015415 , version 1

Citer

Florent Leclercq. Étude d'électrolytes hybrides solides destinés aux batteries lithium. Matériaux. Université Paris sciences et lettres, 2019. Français. ⟨NNT : 2019PSLET068⟩. ⟨tel-04015415⟩
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