Thèse soutenue

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Auteur / Autrice : Gebrekidan Gebresilassie Eshetu
Direction : Stéphane Laruelle
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences des matériaux
Date : Soutenance en 2013
Etablissement(s) : Amiens
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de réactivité et chimie des solides (Amiens ; 1968-....) - Institut national de l'environnement industriel et des risques (France)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Laruelle, Fannie Alloin, Daniel Lemordant, Guy Marlair, Mathieu Morcrette
Rapporteurs / Rapporteuses : Fannie Alloin, Daniel Lemordant

Résumé

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Cette thèse s'est proposée au travers de l'analyse de gaz lors d'expériences de calorimétrie (calorimètre Tewarson et DSC) de remonter aux mécanismes de dégradation de l'électrolyte afin de permettre l'évaluation des risques d'un point de vue de la sécurité. Ce travail nous a permis de proposer un schéma réactionnel relatant les processus exothermiques "multi-étapes" se déroulant à l'interface graphite lithié/électrolyte (EC/DMC LiPFe) grâce à l'utilisation combinée de la DSC et de techniques analytiques telles que la GC/MS, la RMN ou l'ESI-HRMS. L'étude a pu mettre en exergue la réactivité de PF5 avec les composés de la SEI. Ce schéma établi, nous avons étudié les effets de la température de formation de la SEI, de l'ajout d'additifs dans l'électrolyte et du changement de sel de l'électrolyte sur ces processus exothermiques. Une étude détaillée a été effectuée pour le sel LiFSI. Des essais de combustion, à l'aide d'un calorimètre Tewarson, ont été réalisés pour plusieurs électrolytes, leurs solvants et pour des batteries utilisant deux sels d'électrolyte différents (LiPFe et LiFSI). Les conditions de combustion bien contrôlées ont permis de déterminer les paramètres incontournables dans l'évaluation des risques d'incendie, comme la puissance du feu, la chaleur et la vitesse de combustion ainsi que l'identification et la quantification des gaz toxiques. La composition, le ratio entre le carbonate organique linéaire et cyclique, joue un rôle important sur les phénomènes thermiques et la nature des gaz de combustion. Le sel d'électrolyte LiFSI a un impact sur le comportement au feu des électrolytes à base de ce sel et des prototypes de batterie utilisant ces électrolytes