CA1072625A - Generateurs electrochimiques de grande energie specifique - Google Patents

Generateurs electrochimiques de grande energie specifique

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CA1072625A
CA1072625A CA273,453A CA273453A CA1072625A CA 1072625 A CA1072625 A CA 1072625A CA 273453 A CA273453 A CA 273453A CA 1072625 A CA1072625 A CA 1072625A
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Jean-Paul Gabano
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/16Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte
    • H01M6/162Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte
    • H01M6/164Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte by the solvent

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Abstract

L'invention concerne un générateur électrochimique ayant comme matiére active négative le lithium, comme matiére active positive un sel ou un oxyde d'argent et comme électrolyte une solution comprenant un soluté et au moins deux solvants. Selon l'invention, le premier solvant est choisi dans le groupe des esters comprenant les carbonates et les sulfites et le second dans le groupe formé par le benzéne et ses dérivés substitués. Application aux générateurs électrochimiques de grande énergie spécifique.

Description

~7;~62~ii La présente invention concerne les générateurs élec-trochimiques de grande énergie spécifique et plus particulière-ment les générateurs où la matière active négative est le lithium et la matière active positive est un sel d'argent.

De tels générateurs sont déjà décrits par la Deman-deresse, par exemple, dans les brevets français Nos. 2.110.765 et 2.122.011 délivrés les 8 mai et 12 juin 1972, et la demande de brevet canadien n 2~1 067 déposée le 13 septembre 1976.
Du fait de l'insolubilité des sels d'argent dans ~-les solvants d'électrolyte (en particulier les esters, tels que carbonates ou sulfites), il se produit une certaine pola-risation de l'électrode positive au cou~s de la décharge, ce qui augmente l'impédance du générateur en fin de décharge.
La présente invention a pour but de remedier à cet inconvénient~
Elle a pour objet un générateur électrochimique ayant comme matière active négative le lithium, comme matière actlve positive un sel ou un oxyde d'argent et comme électrolyte une solution comprenant un soluté et au moins deux solvants, le premier des solvants étant choisi dans le groupe des esters ~ comprenant les carbonates et les sulfites,caractérisé par le .:
fait que le second solvant de l'électrolyte est choisi dans le ~groupe du benzène et de ses dérivés substitués.
.:
Dans un générateur ainsi conçu la polarisation de ;~
l'électrode positive est très~atténuée et il en résulte que les tensions de décharye sont beaucoup plus constantes que dans ~-les générateurs de la technique antérieure.
Parmi les dérivés du benzène que l'on a utilisés avec succès, se trouvent le toluène et le xylène (ortho, méta, ou ;
.:
para).
selon une réalisation, l'ester est un carbonatef tel ?~ ' " ' que le carbonate de propylènel le carbonate d'éthylène~ ou le . , . ....... , . : :, , . : . . . . . . : . . :...................... : : . ;
. .. . .. ,, ... ,. - . - . ... ,, . .. ~ . . .. : .. , . , .. .. , .~ ., carbonate de diméthyle, et dans ce cas le soluté est avantageu-sement du perchlorate de lithium.
Selon une autre réalisation l'ester est un sulfite.
tel que le.

"'' ' " ' ~C372~2Si sulfite de diméthyle, le sulfite de propylène, le sulfite de propylène glycol, le sulfite d'éthylène glycol et le sulfite de vinylène. Dans ce cas on peut employer avantageusernent comme soluté l'hexafluoroarséniate de ~-lithium.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants décrits en regard du dessin annexé dans lequel :
- la flgure 1 représente les courbes de décharge d'un générateur de la technique antérieure et de deux générateurs différents selon l'invention.
- La figure 2 représente les courbes de décharge d~un autre générateur de la technique antérieurs et d'un autre genérateur selon - l'invention.
,,. ~ ,.
- La figure 3 représente la courbe ds décharge, pendant une heure, d'un générateur de la tschnique antérieure et de cinq ~énérateurs selon l'invention.
- La figure 4 représente la courbe de décharge, pendant une heure, des générateurs de la figurs 3, mais à une densité de courant plus élevée.
~ ~er EXEMPLE.
-~; Une pastille de ~errocyanure d'~r~ent Fe tCN)6 Ag4 est obtenue en mslangeant du ferrocyanure d'argent, du graphite et du polytétrafluoréthylène dans -les proportlons respectives suivantes : 7~,4 %, 14~3 ~ et 14,3 ~. Dn ,'1 ~' . .. . .
comprime 2 grammes de ce mélange sur un collecteur d'argent en métal ~i d~ployé sous une pression d'environ 0,6 tonne par centimètre carré, la surface d'une face circulaire ~tant 5 cm2 environ. Deux rondelles de .:. . .. .
-/ lithium de diamètrs 3.2 cm et d'épaisseur 0~6 mm s=nt dlsposées de part et d~autre de l'électrode avec des couches séparatrices intercalées, deux de css couches etant composées d'un papier~de chiffon au conta=t de la oath=de et deux autres-de-~fibres de coton~feutréss~ La distance sntre ï S
lectrodes est de 5 mm~ L'ensemble~baigne dans l'électrolyte. Cet électr=lyte est une soIutlon molairs de perchlorats de lithium dsns le carbonate ~-:
- 2 - ~
: . . -., ' . "' de propylène. Les piles sont déchargées 3 une intensité de 1 mA, ce qui repr~sente une densité de courant de 0,1 mA~cm2, puisque la pastille cathodique travaille sur ses deux facPs.
La courbe A de la figure 1 donne l'évolution de la tension en volts des piles en fonction de la capacité déchargée en mAh ~tensions en ordonnées et capacité déchargée en abscisses~.
2eme EXEMPLE.
Avec la même disposition et les m8mes matières actives on a monté des piles selon l'invention, où l'électrolyte avait comme solvant un mélange de 8S ~ de carbonate de propylène et 15 % de toluène ~en volume). Le soluté était Pncor~ le perchlorate de lithium à 1 mole par litre. La décharge de ces piles dans les mêmes conditions que dans le 1er exemple, - `
est représentée sur le meme diagramme que ci-dessus pa~ la courbs ~. Cette courbe se situe au-dessus de la courbe A et est moins inclinée vers l'axe des abscissss,
3~me EXEMPLE.
Tou~ours avec les memss dispositions que dans les exemples précédents, on e monté des pilBS selon l'invention, analogues aux piles du 2ème exemple, mai~ où le toluène est remplacé dans les mêmes proportlons par le benzène.
La décharge de C85 piles touJours dans les m8mes conditions a donn~ la :
oourbe C qui part de la meme façon q~e la courbe B, puis passe au-dessous, mals rsste horizontale plus longtemps.
~ Les piles des 2ème et 3ème exemples qui sont conformes à la ~ . . -pr~sente~in~ention sont donc supérleures aux piles de la technlque antérieure t1er exemple~, pour la constance ds la tPnsion et la longueur de la décharge~ comme on le voit-sur la ~igure.1.
4~me E~XEMPLE, ~ ~
On a oonstruit des piles analo~ues à oelles du 1er exemple pour la forme ~ -ut ies él~ectrodes, mais en rempiaçant~l'électrolyte-par une solution molaire d'hexa~luoroarséniate dans le sulfite de diméthyle. La courbe de - 3 ~
-::

", .~ .

1~i7Z~i~S

d~char~e de telles piles, dans les mêmes conditions que dans les exemples précédents, est représentée sur 12 ~igure 2 par la courbe D.
5ème EXEMPLE.
Les piles de cet exempls qui sont des piles selon l'invention, sont ~nalogues aux piles du 4ème exemple, mais le solvant de l'electrolyte, au lleu d'etre du sulfite de diméthyle pur, est un mélange de 85 % de sulfite da diméthyle et 15 % de toluène (en volume~0 Leur décharge, toujours dans les mêmes conditions, est représentée sur la figure 2 par la courbe E.
L'avantage des piles selon l'invsntion sst évidsnt aussi sur la flgure 2 où la courbe E est beaucoup moins inclinée que la courbe D, correspondant aux piles de la technique antérieure.
A~in d'apprécier rapidement l'effet de l'addition des composés selon l'inventlon dans l'électrolyte des g~nérateurs sur leur polarisatiun, il a été pruoédé à des essais de décharge sur des csllules d'essai différentes des piles ci-dessus.
6ème EXEMPLE.
UnB falble quantité d'un mélange de ferrocyanure d'argent et de graphite est comprimée dans une coupelle métallique sous uns pression supérieure à
1 tonne/cm2, et l'électrods résultante est opposee à une slsctrods ds x ,, ~
~2~ lithlum dans un électrolyte de perchlorate de lithium dissout dans du carbonate de propylène ~ la concentration d'une mole par litre. La celluls r~sultante est déchargée pendant uns hsure à une densité de courant de ~i 0,163 mA~cm2. La variation de tension V tvolts~ de cetts cellule Bn fonctlon du temps T theures) sst représentée sur la figure 3 par la courbe F.
' ;,: : ~ . ' 7ème à 11ème EXEMPLES.
, La m8me celluls a été montée à ceci pràs-que le s~lvant de l'~lectrolytP
"' ~ est un solvant selon-1invention où ls-carbonate-de propylèns est additlonné
~; ~ raison da 15 % pffur ~5 % ten~-volums~ de carbonate ds propylène, de benz~ne, toluèns, o-xylène, m-xylène et p-xylène respectivement, Les :1 ., . - , .
: ~ ., :, ...
~ - 4 _ -, : . o,~ ......

~ai72~zs courbes de decharge scnt pratlquement confondues et représentées en G, H
sur la figure 3. Ces courbes se situent au-dessus de la courbe F.
1Zème EXEMPLE.
La même cellule que celle du 6ème exemple a été déchargée pendant une heurs 3 une densité de courant de 0,814 mA~cm2 tcinq fois la densité de ceurant des 6eme à 11ème exemples). La variation de la tension en fonction du temps est représentée sur la figure 4 par la courbe I.
13ème EXEMPLE.
La même csllule est reprise avec un solvant d'électrolyte compnsé par 1a ~5 % de carbonate de propylène st 15 % de toluène, tout le reste étantldentique à celle du 12ème exemple, et elle est traitée de la même fa~on que dans le 1Zème exemple. La variation de tsnsion en fonction du temps est reprssentée par la courbe J sur la flgurs 4.
14ème EXEMPLE.
On a déchargé une cellule ldentique 3 celle du 13ème exemple an remplaçant le toluène par du benzène. La courbe correspondante est la courbe K.
~j 15ème à 17ème EXEMPL~S.
Des cellules analogues 3 c~112 du 13ème exemple, mals où le toluène a ét~
remplacé par de l'a-xyl~ne~ du m-xyl~ns et du p-xylane respectivement, ont ~té d~charg~es 3 la meme densité de courant. Les trois courbos de décharge ~-` ~ sont confondues et représentées par la rourbe L de la figure 4.
Cn voit sur ces derniers exemples qu'3 une densité de courant ~ ;~
plus fort~ que dans les 6ème 3 11ème exemples les cellules sslon l'invention ~13ème au 17ème sxemples~ donnent des décharges significatlvement meilleures que cella du 12ème exemple qul represente la technique-antérieure~
L'lnvention ne se llmite pas a~x-exemples qui précèdent. Des ossals sur du chromate d'argent, par exemple, bisn-que moins slgni~icatifs qu~ ceux qui pr~cèdent ont montré que l'impédance 3 la fln de la décharge-des pties selon l'invention était bien moins forte que celle des piles de ~la technique antérieure, avec des électrolytes exempts de bæn~ène ou de dériv~s du benzène.
.,, .' .. . .
:, :. .
_ 5 _ ,. ,: . .... .

Claims (6)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Générateur électrochimique ayant comme matiére active négative le lithium, comme matière active positive un sel ou un oxyde d'argent et comme électrolyte une solution compre-nant un soluté et au moins deux solvants, le premier des sol-vants étant choisi dans le groupe des esters comprenant les carbonates et les sulfites,caractérisé par le fait que le second solvant de l'électrolyte est choisi dans le groupe du benzène et de ses dérivés substitués.
2. Générateur électrochimique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les dérivés substitués du benzène sont le toluène et le xylène.
3. Générateur électrochimique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit ester est choisi dans le groupe composé des carbonate de propylène, carbonate d'éthylène, carbonate de diméthyle.
4. Générateur électrochimique selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le soluté est du perchlorate de lithium.
5. Générateur électrochimique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit ester est choisi dans le groupe des sulfite de diméthyle, sulfite de propylène, sulfite de propylène glycol, sulfite d'éthylène glycol et sulfite de vinylène.
6. Générateur électrochimique selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le soluté est de l'hexafluoro-arséniate de lithium.
CA273,453A 1976-03-09 1977-03-08 Generateurs electrochimiques de grande energie specifique Expired CA1072625A (fr)

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