Étude et développement de séparateurs pour une nouvelle architecture de batteries Li-ion à charge rapide

Study and development of separators for a new fast charge Li-ion battery technology

• Auteur / Autrice : Damien Djian
• Direction : Jean-Yves Sanchez, Sébastien Martinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

Dans le cadre du développement de technologies innovantes dans le domaine des accumulateurs Li-ion à charge rapide, typiquement inférieure à 5 minutes, des séparateurs commerciaux ont été caractérisés par différentes méthodes physico-chimiques et électrochimiques afin de corréler leurs structures poreuses aux performances en charge rapide enregistrées. L'architecture d'électrode choisie utilise l'oxyde de titane Li4Ti5O12 à l'électrode négative et le spinelle LiMn2O4 à la positive. Afin d'augmenter les capacités chargées par rapport aux séparateurs commerciaux, des membranes à squelette poly(fluorure de vinylidène) et poly(fluorure de vinylidène) co poly(hexafluoropropylène) ont été élaborées par inversion de phase en utilisant la méthodologie des plans d'expériences. Les processus de formation ont été explicités à partir de la thermodynamique des systèmes ternaires polymère/solvant/non-solvant. Les membranes obtenues ont permis de gagner 20% de capacité chargée en 3 minutes par rapport aux séparateurs commerciaux. Enfin, les limitations en charge rapide dues aux séparateurs ont été étudiées et identifiées à l'aide d'un code de modélisation d'accumulateurs Li-ion.

In the field of fast charge Li-ion battery development i. E. Charge lower than 5 minutes, commercial separators have been characterized using electrochemistry and physico-chemical techniques to correlate the porous structures with the electrochemical performances. The titan oxide Li4Ti5O12 for the negative electrode and the spinel LiMn2O4 for the positive were chosen as electrodes. Poly(vinylidene fluoride) and poly(vinylidene fluoride)-co-poly(hexafluoropropene) membranes, obtained by phase inversion process, have been studied in order to increase the battery capacities with regard of commercial separators. The experiment design has been employed and the formation processes have been clarified from a thermodynamical approach of the polymer/solvent/no-solvent ternary systems. With these new membranes, 20% increase of the battery capacities was obtained. Lastly, the separator limitations, in fast charge, have been studied and identified with a Li-ion battery simulation code.