Etude des mécanismes de croissance d'agrégats dendritiques produits au cours des cyclages dans les batteries au lithium à électrolyte polymère

by Claire Brissot

Doctoral thesis in Sciences des matériaux

Under the supervision of Michel Rosso.

defended on 1998

in Palaiseau, Ecole polytechnique .

Thesis committee President: Michel Barrault.

Thesis committee members: Stéphane Lascaud, Jean-Noël Chazalviel.

Examiners: Michel Armand, Jean-Claude Lassègues.

Alternative Title

Study of the mechanism of dendritic growth during cycles in lithium solid polymer electrolyte batteries

Abstract not available

keywords

• Électrolytes
• Lithium

Abstract

La batterie au lithium tout solide a électrolyte polymère est une des technologies les plus prometteuses en vue d'une utilisation dans les véhicules électriques. Cependant, l'utilisation d'une anode en lithium métallique, qui a une capacite théorique élevée, est limitée par l'apparition de dendrites pendant la charge de la batterie. L'objet de cette thèse est d'améliorer la compréhension de ce phénomène. Le travail présente ici s'appuie sur les connaissances du laboratoire de physique de la matière condensée de l'Ecole polytechnique sur la formation d'arborescences métalliques par électrolyse en solution aqueuse et, en particulier, d'un modèle propose par Chazalviel pour expliquer ce phénomène. L'approche expérimentale adoptée pour observer la croissance des dendrites dans des cellules électrochimiques lithium/(poe)n-litfsi/lithium a permis de caractériser cette croissance in situ au cours des polarisations. Notre travail montre que les croissances dendritiques obtenues a forte densité de courant (régime semi-infini), sont compatibles avec les prédictions du modèle de Chazalviel, en particulier la vitesse des dendrites est comparable a la vitesse de migration des anions dans le champ électrique. Trois méthodes optiques ont permis de mettre en évidence l'existence de gradients de concentration devant les dendrites, démontrant la corrélation entre variations de concentration ionique dans l'électrolyte et croissance dendritique. A faible densité de courant (régime stationnaire), la couche de passivation a un rôle prépondérant sur le démarrage de la croissance. Au cours des cyclages des cellules, l'électrode et l'électrolyte se dégradent, ce qui accélère le processus de croissance dendritique (démarrage plus tôt et vitesse de croissance supérieure a la vitesse de migration des anions). Dans ce manuscrit, nous avons systématiquement compare nos résultats aux mesures réalisées sur des cellules de géométrie plus proche des systèmes réels, assemblées à l'EDF.