Optimisation de liants polymères pour électrodes négatives à base de silicium d'accumulateurs Li-ion - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Polymer binder optimization for silicon-based negative electrodesin Li-ion batteries

Optimisation de liants polymères pour électrodes négatives à base de silicium d'accumulateurs Li-ion

Résumé

Ball milling impact into polymeric binder for Li-ion silicon-based negative electrode slurry was for the first time investigated. The poly(acrylic acid) degradation characterization is carried out and a solution is proposed in the form of new milling-free formulation development. [(Si+C)SPEX+B]MAG formulation then allows a capacity retention increase from 65 to 84 % at the 20th cycle for silicon rich electrode thanks to the polymeric binder ball milling deleterious absence. A polymer, poly(fumaric acid), is synthetized and used for the first time as silicon-based negative electrode binder. Its modest performance is improved by increasing its average molecular mass and the formulation developed during this work. Altough the electrochemical results of the electrodes based on this polymer are lower than those using PAA but optimizations are possible to improve its performance as a binder. Finally, the transposition of these works was carried out on two other negative electrode materials for Li-ion batteries: TiSnSb and silicon-graphite composite. As described in the literature, the silicon-based electrodes improvements are not strictly transposable to TiSnSb and the electrodes based on this material do not benefit from a significant improvement in their lifetime thanks to the formulation developed. The study of various weight ratios of Si:Gr shows that the silicon content should not be higher than 30 % in mass in the active material to allow interesting capacity retentions
L'impact du broyage du liant polymère dans la formulation d'encre d'électrode négative à base de silicium pour la technologie Li-ion a été pour la première fois étudiée. Nous avons démontré avec l'exemple de l'acide poly(acrylique) la dégradation du liant lors de la formulation d'électrode impliquant un broyage. Nous avons proposé de nouvelles formulations d'électrode s'affranchissant de ce broyage. La nouvelle formulation [(Si+C)SPEX+LP)MAG permet une augmentation de la rétention de capacité de 65 à 84 % à 20 cycles pour une électrode riche en silicium grâce à l'absence de dégradation du liant. Un nouveau polymère, l'acide polyfumarique, a été synthétisé et utilisé en tant que liant pour électrode négative. Les performances modestes des électrodes à base de ce nouveau liant sont améliorées par l'augmentation de sa masse molaire moyenne ainsi que par la formulation d'électrode développée lors de ces travaux. Bien que les résultats électrochimiques des électrodes à base de ce polymère restent modestes, des optimisations sont possibles pour améliorer ses performances en tant que liant.Enfin, la transposition de ces travaux a été réalisée sur deux matériaux d'électrodes négatives pour accumulateurs Li-ion : TiSnSb et le composite Si:Gr. Comme décrit dans la littérature, les améliorations apportées au silicium ne sont pas strictement transposables à TiSnSb et les électrodes à base de ce matériau ne bénéficient pas d'amélioration significative de leur durée de vie grâce à la formulation développée. L'étude des différents ratios massique Si:Gr montre que le que le silicium ne doit pas dépasser 30 % de la matière active pour permettre des rétentions de capacité intéressantes

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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03640650 , version 1 (13-04-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03640650 , version 1

Citer

Thibaut Chartrel. Optimisation de liants polymères pour électrodes négatives à base de silicium d'accumulateurs Li-ion. Autre. Université de Picardie Jules Verne, 2019. Français. ⟨NNT : 2019AMIE0005⟩. ⟨tel-03640650⟩
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