Synthèse de copolymères à architectures complexes à base de POE utilisés en tant qu'électrolytes polymères solides pour une application dans les batteries lithium métal-polymère

• Auteur / Autrice : David Gle
• Direction : Didier Gigmes, Denis Bertin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences chimiques
• Date : Soutenance le 23/03/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole èdoctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : François-Xavier Perrin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Gigmes, Denis Bertin, François-Xavier Perrin, Eric Drockenmuller, Jean-François Lutz, Trang Phan, Renaud Bouchet, Pierre Gérard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Drockenmuller, Jean-François Lutz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piles électriques

Polyéthylèneglycol

Copolymères

Polymérisation

Mots clés libres

Polymérisation Contrôlée par les Nitroxydes

Copolymères à Blocs

Electrolyte Polymère Solide

Batterie Lithium Métal Polymère

Poe

Ps

Mapeg

Nitroxide Mediated Polymerization

Block Copolymer

Solid Polymer Electrolyte

Lithium Metal Polymer Battery - PEO

Poe

Ps

Mapeg

Résumé

Dans le contexte d'un développement durable, les véhicules électriques apparaissent comme une solution incontournable dans le futur. Parmi les dernières évolutions sur les batteries, les systèmes constitués d'une électrode au lithium (technologie lithium métal) présente des performances remarquables en termes de densité d'énergie. L'inconvénient majeur de cette méthodologie est lié à la formation de dendrites lors de la recharge susceptibles d'occasionner des courts-circuits conduisant à l'explosion de la batterie. C'est dans cet axe que s'inscrit mon sujet de thèse dont l'objectif est de développer un électrolyte polymère solide présentant une conductivité ionique élevée (2.10-4 S.cm-1 à40°C) et une tenue mécanique suffisante (30 MPa) pour limiter les phénomènes de croissance dendritique. Pour cela, la polymérisation contrôlée par les nitroxydes (NMP) a été utilisée pour synthétiser des copolymères à blocs avec un bloc possédant des groupes d'oxyde d'éthylène –CH2-CH2-O- permettant la conduction des ions lithium et un bloc de polystyrène assurant la tenue mécanique de l'électrolyte final. Le bloc assurant la conduction ionique des architectures ainsi synthétisées sont constituées soit de POE sous forme linéaire soit de POE sous forme de peigne.

In the context of sustainable development, electric vehicles appear to be a major solution for the future. Among the lastest technologies, the Lithium Metal Polymer battery has presented very interesting performances in terms of energy density. The main drawback of this system is the formation of lithium dendrites during the refill of the battery that could cause short circuits leading to the explosion of the battery. The aim of my PhD is to develop a Solid Polymer Electrolyte showing a high ionic conductivity (2.10-4 S.cm-1 at 40°C) and a high mechanical strength (30 MPa) to prevent dendritic growth. For that purpose, Nitroxide Mediated Polymerization is used to synthesize block copolymers with a PEO moiety for ionic conduction –CH2-CH2-O- and polystyrene for mechanical strength. Different kind of architectures have been synthesized : block copolymer with linear PEO moiety or with grafted PEO moiety.