Performances, caractérisations post-mortem et analyse des impédances des cellules li-ion de grande densité d'énergie conçues pour la charge rapide en véhicules électriques
Auteur / Autrice : | Isabel Jimenez Gordon |
Direction : | Stéphane Laruelle |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences des matériaux |
Date : | Soutenance en 2014 |
Etablissement(s) : | Amiens |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de réactivité et chimie des solides (Amiens ; 1968-....) |
Jury : | Examinateurs / Examinatrices : Bernard Tribollet, Philippe Poizot, Michel Armand, Charles Delacourt, Aurélie Débart |
Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Tribollet, Philippe Poizot |
Mots clés
Résumé
Cette étude a été développée dans le cadre du ''Fast Charge Project '' visant à augmenter la durée de vie des cellules Li-ion pour véhicules électriques. Des prototypes à enveloppe souple de 5. 7 Ah avec une électrode négative à base de graphite, une électrode positive à base de Mn et un électrolyte liquide, ont été conçus en modifiant certains ''paramètres de fabrication''. Ces prototypes ont été cyclés selon un mode de charge rapide spécifique et de manière intéressante, deux paramètres permettent de prolonger la durée de vie de 700 à 2700 cycles ; la diminution de la densité d'énergie et le changement de la morphologie du graphite. Les tests électrochimiques post-mortem permettent d'identifier la ''perte de Li primaire'' comme processus principal de vieillissement. Des analyses fines réalisées à l'aide des techniques MEB, MET, DRX, IR, GC/MS et ESI-HRMS permettent de suivre les changements physico-chimiques lors du vieillissement et d'expliquer les différences de performances. Également, le processus de ''perte de Li primaire'' peut être diagnostiqué de manière non destructive à partir des courbes de capacité différentielle quel que soit le prototype. Les prototypes ont révélé une décroissance de l'impédance pendant le vieillissement. Des mesures 3-électrodes ont permis la quantification des contributions des électrodes à l'impédance totale et ont mis en évidence le rôle de l'électrode négative. L'analyse fine des spectres d'impédance grâce à l'application de circuits électriques équivalents et l'équation de Levie ainsi que des tests expérimentaux expliquent cette décroissance par l'évolution de la porosité et une faible contamination de Mn