Présentation

Article

1 - CONTEXTE

2 - QUALITÉS ATTENDUES D'UN ÉLECTROLYTE POLYMÈRE

3 - CLASSIFICATION DES ÉLECTROLYTES POLYMÈRES ET LEURS LIMITES

4 - ÉLECTROLYTES POLYMÈRES SECS À BASE DE COPOLYMÈRE À BLOCS

5 - FABRICATION DE LA BATTERIE LITHIUM MÉTAL POLYMÈRE

6 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

7 - GLOSSAIRE –DÉFINITION

Article de référence | Réf : RE234 v1

Qualités attendues d'un électrolyte polymère
Électrolytes polymères pour les batteries au lithium métal

Auteur(s) : Renaud BOUCHET, Trang N.T. PHAN

Date de publication : 10 févr. 2015

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RÉSUMÉ

Pour les applications nécessitant le stockage et la conversion de grandes quantités d'énergie telles que le véhicule électrique et les énergies intermittentes renouvelables, des batteries présentant à la fois une grande densité d'énergie (kWh/kg), un coût faible (euros/kWh), une grande sécurité et une longue durée de vie sont nécessaires. Parmi les différentes technologies en développement, les batteries « tout solide » lithium métal polymère sont particulièrement prometteuses. Les verrous de cette technologie portent sur l'utilisation du lithium métal à l'électrode négative et sur le développement d'un électrolyte polymère permettant un fonctionnement à température ambiante. Les différentes stratégies développées portant sur les électrolytes polymères secs, électrolytes plastifiés, électrolytes gélifiés, électrolytes caoutchouteux sont présentés dans cet article.

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ABSTRACT

For applications that require the storage and conversion of large quantities of energy such as electric vehicles and renewable intermittent energy systems, batteries combining high energy density (kWh/kg), low cost (euros/kWh), high reliability and long service life are necessary. Among various technologies under development, “all solid” lithium-metal-polymer batteries are particularly promising. The difficulties of this technology lie in the use of lithium metal at the negative electrode and the development of a polymer electrolyte allowing operation at room temperature. Different strategies developed based on dry polymer electrolytes, plasticized electrolytes, gelled electrolytes and rubber electrolytes are presented in this article.

Auteur(s)

  • Renaud BOUCHET : Professeur Grenoble INP, CNRS, LEPMI – UMR 5279, Saint Martin d'Hères, France

  • Trang N.T. PHAN : Maître de conférences - Aix-Marseille Université, CNRS, ICR – UMR 7273 - Équipe CROPS, Marseille, France

INTRODUCTION

Points clés

Domaine : Stockage et conversion de l'énergie

Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité

Technologies impliquées : Accumulateur/batteries

Domaines d'application : Véhicule électrique, énergie renouvelable

Principaux acteurs français :

Pôles de compétitivité : Tenerrdis, Capenergies, IAR

Centres de compétence : Réseau national sur le Stockage Électrochimique de l'Énergie, RS2E, associé au Labex « Store-Ex »

Industriels : Blue Solutions

Autres acteurs dans le monde : SEEO, DBM Energy

Contact : [email protected] ; [email protected]

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re234


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2. Qualités attendues d'un électrolyte polymère

Pour les applications batterie, le cahier des charges pour l'électrolyte polymère est le suivant :

  • une conductivité ionique suffisante à température ambiante (σ > 10–2 S/m) permettant d'approcher la performance d'un électrolyte liquide ;

  • un nombre de transport de l'ion lithium, t+, proche de l'unité. La majorité des électrolytes polymères connus à ce jour présente un nombre de transport de l'ion lithium < 0,5. Cela signifie qu'au maximum la moitié du courant qui traverse l'électrolyte est porté par les ions Li+, le reste étant porté par les anions. Cela a pour conséquence la formation, en cours de fonctionnement de la batterie, d'un gradient de concentration en sel dans l'épaisseur de l'électrolyte qui a des effets délétères pour la croissance dendritique et qui limite fortement la puissance des batteries ;

  • une stabilité électrochimique et thermique élevée. Dans une application batterie, la membrane d'électrolyte polymère est prise en sandwich entre les matériaux de l'électrode négative et de l'électrode positive. La stabilité thermique et électrochimique des électrolytes permet de faire fonctionner la batterie sur un large domaine de température et dans une fenêtre de potentiel compris entre 0 et 5 V versus Li+/Li ;

  • des propriétés mécaniques suffisantes. Cette qualité permet de bloquer la croissance des dendrites de lithium et, d'un point de vue technologique, permet une production industrielle à grande cadence par extrusion de films très mince (< 20 µm) et laminage de couches successives.

De nombreuses approches, que nous allons détailler dans les parties suivantes, ont été proposées pour répondre à ce cahier des charges.

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BIBLIOGRAPHIE

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