CA2304394C - Lipo3 commutation electrode - Google Patents

Lipo3 commutation electrode Download PDF

Info

Publication number
CA2304394C
CA2304394C CA002304394A CA2304394A CA2304394C CA 2304394 C CA2304394 C CA 2304394C CA 002304394 A CA002304394 A CA 002304394A CA 2304394 A CA2304394 A CA 2304394A CA 2304394 C CA2304394 C CA 2304394C
Authority
CA
Canada
Prior art keywords
electrolyte
electrode
active material
lithium
composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
CA002304394A
Other languages
French (fr)
Other versions
CA2304394A1 (en
Inventor
Michel Gauthier
Simon Besner
Michel Armand
Jean-Francois Magnan
Pierre Hovington
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bathium Canada Inc
3M Co
Original Assignee
Bathium Canada Inc
Minnesota Mining and Manufacturing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CA002268346A external-priority patent/CA2268346A1/en
Application filed by Bathium Canada Inc, Minnesota Mining and Manufacturing Co filed Critical Bathium Canada Inc
Priority to CA002304394A priority Critical patent/CA2304394C/en
Publication of CA2304394A1 publication Critical patent/CA2304394A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CA2304394C publication Critical patent/CA2304394C/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0082Organic polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0088Composites
    • H01M2300/0091Composites in the form of mixtures
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un générateur électrochimique au lithium comportant au moins une électrode composite comprenant un matériau actif, et un premier et un second électrolyte solides distribués de façon non-homogène da ns le composite. Le premier électrolyte solide est de nature minérale, vitreux ou partiellement vitreux, et est un conducteur spécifique des ions lithium, et est localisé préférentiellement en surface des particules du matériau actif de l'électrode. Le second électrolyte solide est de nature organique, comprend un électrolyte polymère sec ou gélifié conducteur mixte des ions répartis autour des phases solides dispersées et agissant comme lia nt déformable, préférablement de façon élastomérique, du composite en contact également ave c le collecteur et l'électrolyte séparateur du générateur. Une mince couche du premier électrolyte mouille et recouvre au moins une partie de la surface des particules du matériau actif de façon à protéger la surface recouverte des réactions de passivation ou de dégradation induites par le second électrolyte, et à maintenir la qualité de s échanges ioniques et électroniques entre la matière active de l'électrode et les autr es constituants du composite, le premier électrolyte étant imperméable aux composantes du secon d électrolyte.The present invention relates to a lithium electrochemical generator comprising at least one composite electrode comprising an active material, and a first and a second solid electrolyte distributed non-homogeneously in the composite. The first solid electrolyte is of a mineral, glassy or partially vitreous nature, and is a specific conductor for lithium ions, and is preferentially located on the surface of the particles of the active material of the electrode. The second solid electrolyte is of organic nature, comprises a dry polymer electrolyte or gelled mixed conductive ions distributed around dispersed solid phases and acting as deformable lia nt, preferably elastomeric manner, the composite also in contact with the collector and the separator electrolyte of the generator. A thin layer of the first electrolyte wets and covers at least a portion of the surface of the particles of the active material so as to protect the surface covered by the passivation or degradation reactions induced by the second electrolyte, and to maintain the quality of the ion exchange and electronics between the active material of the electrode and the other constituents of the composite, the first electrolyte being impervious to the components of the second electrolyte.

Description

TITRE

Composite traitement au LiPO3 DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un générateur électrochimique au lithium comportant au moins une électrode composite comprenant un matériau actif et un premier et un second électrolyte solides distribués de façon non-homogène dans le composite. Le premier électrolyte solide est de nature minérale, vitreux ou partiellement vitreux, et est un conducteur spécifique des ions lithium, et est localisé préférentiellement en surface des 1 o particules du matériau actif de l'électrode. Le second électrolyte solide est de nature organique, comprend un électrolyte polymère sec ou gélifié conducteur mixte des ions répartis autour des phases solides dispersées et agissant comme liant déformable du composite en contact également avec le collecteur et l'électrolyte séparateur du générateur. Une mince couche du premier électrolyte mouille et recouvre au moins une partie de la surface des particules du matériau actif de façon à protéger la surface recouverte des réactions de passivation ou de dégradation induites par le second électrolyte et à maintenir la qualité des échanges ioniques et électroniques entre la matière active de l'électrode et les autres constituants du composite, le premier électrolyte étant imperméable aux composantes du second électrolyte.

ART ANTÉRIEUR

Les électrolytes polymères sont particulièrement désirables pour la fabrication d'accumulateurs au lithium utilisant des électrodes composites dans lesquelles les matériaux d'électrodes sont dispersés dans la matrice polymère, qui agit alors comme
TITLE

Composite treatment with LiPO3 FIELD OF THE INVENTION

The present invention relates to a lithium electrochemical generator having at least one composite electrode comprising an active material and a first and a second solid electrolyte non-homogeneously distributed in the composite. The first solid electrolyte is of a mineral nature, glassy or partially vitreous, and is a specific conductor of lithium ions, and is localized preferentially on the surface of 1 o particles of the active material of the electrode. The second solid electrolyte is of nature organic, comprises a dry polymer electrolyte or gelled mixed conductor ions distributed around the dispersed solid phases and acting as a binder deformable composite also in contact with the collector and the separating electrolyte of generator. A thin layer of the first electrolyte wets and covers at least one part of the particle surface of the active material so as to protect the area covered by the passivation or degradation reactions induced by the second electrolyte and to maintain the quality of ionic and electronic exchanges between matter of the electrode and the other constituents of the composite, the first electrolyte being impervious to the components of the second electrolyte.

PRIOR ART

Polymeric electrolytes are particularly desirable for the manufacturing lithium batteries using composite electrodes in which the Electrode materials are dispersed in the polymer matrix, which then acts as

-2-conducteur d'ions et comme liant déformable des poudres de matière active.
Avec de tels électrolytes, il est possible de contrôler l'élastoméricité et l'adhésion du liant électrolyte en contact avec les solides. Ces systèmes permettent donc d'absorber sans dommage les variations volumiques des matériaux d'électrode.

Les électrodes composite à base d'électrolyte polymères peuvent être de 2 types, soit de type solvatant sec fonctionnant à chaud, généralement avec des anodes de lithium; ou soit de type gélifiés, solvatant ou non, fonctionnant à la température ambiante grâce à l'addition de solvants liquides aprotiques polaires en association avec des 1 o électrodes de type lithium-ion dont les cathodes fonctionnent à des tensions élevées (-4V). Cependant, quelque soit leur type, de telles électrodes composites ont tendance à
vieillir au cyclage et/ou en fonction du temps. Ce vieillissement produit des réactions chimiques ou électrochimiques indésirables localisées à la surface des grains de matière active, à la surface des collecteurs, et dans certains cas, à la surface de l'additif de conduction électronique. Ce phénomène, par ailleurs générique aux générateurs au litlûum à électrolytes organiques, entraîne ainsi la formation de films de passivation ou de dégradation sur les surfaces où se produisent les échanges ioniques et électroniques.
L'efficacité des générateurs est donc grandement diminuée.

En milieux polymères, ces phénomènes sont amplifiés parce qu'à l'état solide, les produits formés par la réaction du solvant, du sel et du matériau d'électrode tendent à
s'accumuler par manque de convection, et ne sont pas compensés par le pouvoir pénétrant des électrolytes liquides qui peuvent maintenir les échanges aux interfaces par leur pouvoir de pénétration à travers des films de passivation ou de dégradation.
Les
-2-ion conductor and as a deformable binder active substance powders.
With such electrolytes, it is possible to control the elastomerity and adhesion of the electrolyte binder contact with solids. These systems allow to absorb without damage the volume variations of the electrode materials.

Polymer electrolyte composite electrodes can be 2 types, that is to say dry solvating type operating hot, generally with anodes of lithium; or of gelled type, solvating or not, functioning at the ambient temperature thanks to the addition of polar aprotic liquid solvents in combination with some 1 o lithium-ion type electrodes whose cathodes operate at high voltages (-4V). However, whatever their type, such composite electrodes have tendency to age at cycling and / or time. This aging produces reactions chemical or electrochemical undesirable localized on the surface of the grains of matter active, on the surface of the collectors, and in some cases on the surface of the additive electronic conduction. This phenomenon, which is also generic to generators at organic electrolytes litlum, thus resulting in the formation of passivation or degradation on the surfaces where the ion exchange takes place and e.
The efficiency of the generators is greatly diminished.

In polymeric media, these phenomena are amplified because in the solid state, the products formed by the reaction of the solvent, the salt and the material electrode tend to accumulate due to lack of convection, and are not compensated by the power penetrating liquid electrolytes that can maintain exchanges at the interfaces by their ability to penetrate through passivation or degradation films.
The

-3-phénomènes observés sont des décompositions électrochimiques initiées par des radicaux, des réactions acide-base, ou encore des réactions d'oxydation-réduction plus ou moins catalysées par les matériaux en présence. Les Figures la) et lb) illustrent la localisation possible des films de passivation sur les différentes interfaces où ont lieu les échanges ioniques et électroniques.

Il est donc fréquent en milieu solide organique de voir une augmentation des résistances de transfert aux interfaces, en plus des phénomènes de limitation de diffusion des ions aux électrodes. Les films formés aux interfaces sont parfois détectables en lo microscopie électronique et peuvent atteindre quelques centaines de nanomètres. Dans d'autres cas, les réactions de dégradation causent des bris de la structure cristalline en surface des phases actives, ou entraînent la formation d'espèces solubles nuisibles au bon fonctionnement du générateur.

Les réactions entre des solides cristallins ou vitreux, par exemple entre un oxyde ou chalcogénure de cathode et un électrolyte vitreux, sont en général plus lentes, et ces systèmes sont reconnus pour leur stabilité en fonction du temps, de la température et de la tension de fonctionnement. Le désavantage des électrolytes solides minéraux cristallins ou vitreux est cependant leur rigidité et leur fragilité, ce qui fait qu'ils ne résistent pas aux variations de volume des électrodes causées par le cyclage.

SOMMAIRE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un générateur électrochimique, préférablement un générateur électrochimique au lithium, comportant une cathode et une anode dont au
-3-phenomena observed are electrochemical decompositions initiated by radicals, acid-base reactions, or oxidation-reduction reactions more or less catalysed by the materials in the presence. Figures la) and lb) illustrate the location possible passivation films on different interfaces where take place exchanges ionic and electronic.

It is therefore common in organic solid medium to see an increase in transfer resistors at the interfaces, in addition to limiting phenomena broadcast ions to the electrodes. Interfaced films are sometimes detectable in electron microscopy and can reach a few hundred nanometers. In in other cases, degradation reactions cause breakage of the structure crystalline surface of the active phases, or cause the formation of soluble species harmful to the good generator operation.

Reactions between crystalline or vitreous solids, for example between cathode oxide or chalcogenide and a vitreous electrolyte, are in general slower, and these systems are recognized for their stability as a function of time, temperature and the operating voltage. The disadvantage of solid electrolytes minerals crystalline or vitreous, however, is their rigidity and their fragility, which they do not are not resistant to changes in electrode volume caused by cycling.

SUMMARY OF THE INVENTION

The present invention relates to an electrochemical generator, preferably a lithium electrochemical generator, comprising a cathode and an anode of which

-4-moins l'une d'elle est une électrode composite comprenant un matériau actif, préférablement sous forme de particules dispersées, un collecteur de courant, et au moins un premier et un second électrolyte solide préférablement distribués de façon non-homogène dans le composite, le premier et le second électrolyte comprenant optionnellement un ou plusieurs additif de conduction électronique sous forme dispersée.
Le premier électrolyte comprend un conducteur solide de nature minérale, vitreux ou partiellement vitreux, localisé préférentiellement en surface des grains du matériau actif.
Le second électrolyte comprend un solide de nature organique, comprenant préférentiellement un électrolyte polymère sec ou gélifié et conducteur mixte des ions 1 o répartis autour des phases solides dispersées et agissant comme liant déformable du composite en contact également avec le collecteur et l'électrolyte séparateur du générateur. Une mince couche du premier électrolyte mouille et recouvre au moins une partie de la surface des particules du matériau actif de façon à protéger la surface recouverte des particules des réactions de passivation ou de dégradation et à
maintenir la qualité des échanges ioniques et électroniques entre la matière active de l'électrode et les autres constituants du composite. De plus, le premier électrolyte est imperméable aux composantes du second électrolyte, ce dernier étant réparti dans au moins une partie du composite de façon à assurer la conductivité des ions ainsi qu'un rôle de liant déformable, préférablement élastomérique, entre les composantes de l'électrode composite ainsi qu'avec le collecteur de courant et avec le séparateur électrolyte du générateur.

Dans un second aspect de l'invention, il est décrit une électrode composite comprenant un matériau actif, un collecteur de courant, un premier électrolyte solide minéral et un second électrolyte organique, le premier et le second électrolyte comprenant
-4-least one of them is a composite electrode comprising an active material, preferably in the form of dispersed particles, a current collector, and at least a first and a second solid electrolyte preferably distributed so no-homogeneous in the composite, the first and the second electrolyte comprising optionally one or more electronic conduction additives in form dispersed.
The first electrolyte comprises a solid conductor of mineral nature, glassy or partially vitreous, localized preferentially on the surface of the grains of the active material.
The second electrolyte comprises a solid of organic nature, comprising preferentially a dry or gelled polymer electrolyte and mixed conductor ions 1 o distributed around the dispersed solid phases and acting as a binder deformable composite also in contact with the collector and the separating electrolyte of generator. A thin layer of the first electrolyte wets and covers at least one part of the particle surface of the active material so as to protect the area covered with particles of passivation or degradation reactions and maintain the quality of ionic and electronic exchanges between the active ingredient the electrode and other constituents of the composite. In addition, the first electrolyte is impervious to components of the second electrolyte, the latter being distributed in at least one part of composite so as to ensure the conductivity of the ions as well as a role of deformable binder, preferably elastomeric, between the components of the composite electrode so with the current collector and the electrolyte separator of the generator.

In a second aspect of the invention, there is disclosed a composite electrode comprising an active material, a current collector, a first electrolyte solid mineral and a second organic electrolyte, the first and the second electrolyte comprising

-5-optionnellement un ou plusieurs additifs de conduction électronique sous forme dispersée; le second électrolyte étant en contact avec le collecteur et agissant comme liant déformable du composite; dans lequel le premier électrolyte mouille et recouvre au moins une partie de la surface des particules du matériau actif de façon à en protéger la surface des réactions de passivation ou de dégradation et à maintenir la qualité des échanges ioniques et électroniques entre le matériau actif et les autres constituants du composite, le premier électrolyte étant imperméable aux composantes du second électrolyte.

Finalement, dans un troisième aspect de l'invention, il est décrit un procédé
de 1 o fabrication d'une électrode selon la présente invention, comprenant:

a) le mélange de particules de matériau actif d'électrode dans une solution aqueuse du premier électrolyte minéral comprenant optionnellement un additif de conduction;

b) le séchage de la solution de l'étape a) pour obtenir une poudre de particule de matériau actif partiellement ou totalement recouverte du premier électrolyte minéral;

c) le mélange de la poudre obtenue en b) avec un second électrolyte organique comprenant optionnellement un additif de conduction; et d) l'enduction d'un collecteur de courant par le mélange obtenu en c).

Dans une mise en oeuvre préférentielle, le premier électrolyte est un conducteur d'ions lithium. Dans une autre mise en oeuvre préférentielle, le premier électrolyte est vitreux ou partiellement vitreux, et est conducteurs des ions alcalins lithium et potassium. Dans une autre mise en oeuvre préférentielle, le premier électrolyte comprend majoritairement du polyphosphate de lithium de formule approximative
-5-optionally one or more electronic conduction additives in form dispersed; the second electrolyte being in contact with the collector and acting as a binder deformable composite; in which the first electrolyte wets and covers at least part of the surface of the particles of the active material so as to protect the surface passivation or degradation reactions and to maintain the quality of the trades ions and electronics between the active material and the other constituents composite, the first electrolyte being impervious to the components of the second electrolyte.

Finally, in a third aspect of the invention, a method is described of Manufacturing an electrode according to the present invention, comprising:

a) mixing particles of electrode active material in a solution aqueous first mineral electrolyte optionally comprising an additive of conduction;

b) drying the solution of step a) to obtain a powder of particle of material active partially or completely covered with the first mineral electrolyte;

c) mixing the powder obtained in b) with a second organic electrolyte optionally comprising a conduction additive; and d) coating a current collector with the mixture obtained in c).

In a preferred embodiment, the first electrolyte is a lithium ion conductor. In another preferred embodiment, the first electrolyte is vitreous or partially vitreous, and is conductive of ions alkaline lithium and potassium. In another preferred embodiment, the first electrolyte mainly comprises lithium polyphosphate of approximate formula

-6-(LiPO3)n dans laquelle n> 3, et possède une conductivité ionique minimale de 10"10 S/cm à la température d'opération.

Dans une autre mise en oeuvre préférentielle, l'additif de conduction comprend le noir de carbone, les graphites, les métaux comme l'argent et le cuivre, et les composés semi-métalliques comme les carbures, les borures, et les silicures sous formes dispersées, et leurs mélanges.

Dans une autre mise en oeuvre préférentielle, le second électrolyte comprend:

1 o - un polymère solvatant sec ou gélifié par un solvant aprotique polaire rendu conducteur par l'addition d'un sel de lithium soluble ou un polyélectrolyte; ou - un gel comprenant un polymère peu solvatant, d'un solvant liquide aprotique polaire et d'un sel de lithium dissous.

Le polymère solvatant peut comprendre, par exemple, un électrolyte polymère comprenant un sel de lithium et un homopolymère, un copolymère, une structure peigne, ou un réseau réticulé ou interpénétré d'un polyéther. De façon préférentielle, l'électrolyte polymère adhère aux particules du matériau actif.

Dans une autre mise en oeuvre préférentielle, le matériau actif est utilisé
comme anode et comprend les oxydes, les nitrures, le carbone, les graphites ou leurs mélanges fonctionnant à un potentiel inférieur à 1.6 Volts par rapport à une électrode de lithium métallique.
-6-(LiPO3) n in which n> 3, and has a minimum ionic conductivity of 10 "10 S / cm at the operating temperature.

In another preferred embodiment, the conduction additive comprises carbon black, graphites, metals such as silver and copper, and the compounds semimetals such as carbides, borides, and silicones in forms dispersed, and their mixtures.

In another preferred embodiment, the second electrolyte comprises:

1 o - a solvating polymer which is dry or gelled by a polar aprotic solvent made conductive by the addition of a soluble lithium salt or a polyelectrolyte; or a gel comprising a low solvating polymer, an aprotic liquid solvent polar and a dissolved lithium salt.

The solvating polymer may comprise, for example, a polymer electrolyte comprising a lithium salt and a homopolymer, a copolymer, a structure comb, or a crosslinked or interpenetrating network of a polyether. Preferably, electrolyte polymer adheres to the particles of the active material.

In another preferred embodiment, the active material is used as anode and includes oxides, nitrides, carbon, graphites or their mixtures operating at a potential lower than 1.6 volts compared to a electrode metallic lithium.

-7-Dans une autre mise en oeuvre préférentielle, l'anode comprend du lithium, un alliage de lithium, un composé d'insertion du carbone ou du graphite.

DANS LES DESSINS

La Figure la illustre une électrode composite avant cyclage;

La Figure lb illustre la formation de couches de passivation sur une électrode composite après cyclage;

La Figure 2a illustre un exemple d'électrode composite selon la présente invention avant cyclage;

La Figure 2b illustre la formation de couches de passivation sur une électrode composite selon la présente invention après cyclage;

La Figure 3a illustre une électrode composite selon la présente invention contenant des agglomérés de particules actives avant cyclage;

La Figure 3b illustre la formation de couches de passivation sur l'électrode de la Figure 3a après cyclage;

La Figure 4 illustre une micrographie d'une poudre LiCoO2, de (LiPO3)õ et de noir de carbone obtenue par pulvérisation- séchage; et La Figure 5 illustre une micrographie d'une poudre LiV3O8, de (LiPO3)õ et de noir de carbone.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION

La présente invention porte sur l'optimisation des performances et de la stabilité chimique et électrochimique d'une électrode composite d'un générateur au lithium, l'électrode comportant un système à double électrolytes solides. Le premier
-7-In another preferred embodiment, the anode comprises lithium, a lithium alloy, a carbon insertion compound or graphite.

IN THE DRAWINGS

Figure la illustrates a composite electrode before cycling;

Figure lb illustrates the formation of passivation layers on an electrode composite after cycling;

Figure 2a illustrates an example of composite electrode according to the present invention before cycling;

Figure 2b illustrates the formation of passivation layers on an electrode composite according to the present invention after cycling;

Figure 3a illustrates a composite electrode according to the present invention containing agglomerates of active particles prior to cycling;

Figure 3b illustrates the formation of passivation layers on the electrode of the Figure 3a after cycling;

Figure 4 illustrates a micrograph of a LiCoO2 powder, (LiPO3) õ and black of carbon obtained by spray-drying; and Figure 5 illustrates a micrograph of a LiV3O8 powder, (LiPO3) õ and black of carbon.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

The present invention relates to the optimization of performance and chemical and electrochemical stability of a composite electrode of a generator at lithium, the electrode having a solid dual electrolytes system. The first

-8-électrolyte est un solide minéral, préférentiellement vitreux et conducteur des ions Li+, utilisé en couche mince pour mouiller et recouvrir au moins une partie du matériau actif de l'électrode de façon à stabiliser chimiquement la surface des particules dudit matériau et à maintenir la qualité des échanges ioniques et électroniques avec les autres constituants de l'électrode composite. Le second électrolyte est un électrolyte organique, préférentiellement un électrolyte polymère sec ou gélifié et déformable, dans lequel le composite est distribué, ce second électrolyte étant utilisé comme liant des particules du matériau actif de l'électrode en contact avec le premier électrolyte minéral.
Un additif de conduction électronique peut être présent dans le premier électrolyte, dans le second électrolyte, ou dans les deux, pour faciliter le transport des ions et des électrons. Le premier électrolyte minéral solide utilisé selon la présente invention est choisi de façon à
être compatible chimiquement avec le matériau actif de l'électrode, pour éviter que les autres composantes du générateur et/ou du second électrolyte organique y soient solubles.
Si tel était le cas, cela provoquerait la formation de films de passivation ou de produits de dégradation à la surface du matériau actif de l'électrode.

La présente invention comporte en outre des moyens de mise en oeuvre des électrolytes solides vitreux, de l'électrode composite à double électrolytes solides ainsi que du générateur.

Par la combinaison à l'intérieur d'une même électrode des deux types d'électrolytes solides, qui sont distribués dans le composite et localisés dans des rôles complémentaires, la présente invention permet de contourner les limitations de l'art antérieur. Le premier électrolyte solide est préférentiellement vitreux et conducteur des
-8-electrolyte is a mineral solid, preferentially vitreous and conductive Li + ions, used in a thin layer to wet and cover at least a portion of the active material of the electrode so as to chemically stabilize the surface of the particles said material and to maintain the quality of ionic and electronic exchanges with the other components of the composite electrode. The second electrolyte is a organic electrolyte, preferentially a dry or gelled and deformable polymer electrolyte, in which whichone Composite is distributed, this second electrolyte being used as a binder for particles of active material of the electrode in contact with the first mineral electrolyte.
An additive electronic conduction may be present in the first electrolyte, in the second electrolyte, or both, to facilitate the transport of ions and electrons. The first solid mineral electrolyte used according to the present invention is chosen to be chemically compatible with the active material of the electrode, for avoid that other components of the generator and / or the second organic electrolyte be soluble.
If this were the case, this would cause the formation of passivation films or products degradation at the surface of the active material of the electrode.

The present invention furthermore comprises means for implementing the vitreous solid electrolytes, double electrolyte composite electrode solid as well than generator.

By the combination within the same electrode of the two types solid electrolytes, which are distributed in the composite and located in roles In addition, the present invention makes it possible to circumvent the limitations of art prior. The first solid electrolyte is preferentially glassy and driver of

-9-ions Li+, et est utilisé à la surface du matériau actif de l'électrode, qu'il mouille au moins en partie et protège des composantes du second électrolyte, en l'occurrence le polymère, le sel de lithium ou tout autre produit en solution. Le fait que le premier électrolyte solide vitreux ne dissolve pas les composantes du second électrolyte organique permet de protéger les surfaces recouvertes, empêchant ainsi la formation de films de passivation qui sont nuisibles aux bons contacts électriques, et de dégradations indésirables qui réduisent aussi l'efficacité des contacts électriques. La couche du premier électrolyte vitreux appliquée sur le matériau actif est préférentiellement présente sous forme mince et contient, dans une mise en oeuvre préférée, un additif de conduction électronique dispersé

1 o afin de conférer un caractère de conducteur mixte au premier électrolyte vitreux, facilitant ainsi les échanges ioniques et électroniques dans la zone protégée. Les Figures 2a) et 2b) illustrent une telle mise en oeuvre, dans laquelle on retrouve un additif de conduction dans le premier électrolyte vitreux et dans le second électrolyte polymère organique. La façon dont le traitement des particules du matériau actif de l'électrode protège certaines zones de contact malgré le vieillissement du composite est illustrée en b) où
les films de passivations sont montrés.

En outre, la présente invention comprend les électrolytes vitreux compatibles avec une large gamme de matériaux d'électrode, notamment avec des oxydes acides tels 2o que les oxydes de vanadium V205, V6013 et LiV3Og, qui sont autrement incompatibles avec des composés basiques tels que les silicates et polysilicates de métaux alcalins, parce qu'ils réagissent de façon irréversible avec l'oxyde de vanadium. Dans la présente invention, les phosphates, les polyphosphates, les borates et les polyborates de lithium ou de potassium, ainsi que leurs mélanges, représentent des matériaux d'électrode préférés.
-9 Li + ions, and is used on the surface of the active material of the electrode, which it wet at least in part and protects the components of the second electrolyte, in this case the polymer, the lithium salt or any other product in solution. The fact that the first solid electrolyte vitreous does not dissolve the components of the second organic electrolyte allows of to protect the covered surfaces, thus preventing the formation of passivation which are harmful to good electrical contacts, and degradations undesirable also reduce the effectiveness of electrical contacts. The layer of the first electrolyte vitreous applied to the active material is preferentially present under slim shape and contains, in a preferred embodiment, a conduction additive scattered electronics 1 o in order to confer a mixed conductor character to the first electrolyte glassy, facilitating thus the ionic and electronic exchanges in the protected area. The Figures 2a) and 2b) illustrate such an implementation, in which there is an additive of conduction in the first vitreous electrolyte and in the second polymer electrolyte organic. The how the particle processing of the active material of the electrode protects some areas of contact despite the aging of the composite is illustrated in b) where the films of Passivations are shown.

In addition, the present invention includes compatible vitreous electrolytes with a wide range of electrode materials, especially with oxides such acids 2o the vanadium oxides V205, V6013 and LiV3Og, which are otherwise incompatible with basic compounds such as silicates and polysilicates of metals alkaline, because they react irreversibly with vanadium oxide. In the present invention, phosphates, polyphosphates, borates and polyborates of lithium or of potassium, and mixtures thereof, represent electrode materials preferred.

-10-Divers additifs connus pour stabiliser la formation de verre peuvent également être ajoutés au premier électrolyte vitreux de l'invention dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles avec les matériaux de l'électrode. De tels agents formateurs de verre incluent la silice partiellement ou totalement hydrolysée, les titanates, les aluminates, les siloxanes partiellement ou totalement hydrolysés, et leurs mélanges.

L'invention utilise d'autre part les propriétés plus conductrices des électrolytes polymères, gélifiés ou non, afin d'optimiser les performances en puissance de l'électrode composite dans la mesure où l'électrolyte polymère est distribué autour des particules de 1 o matériau actif de l'électrode et de l'additif de conduction électronique, le cas échéant, de façon à lier les particules ensembles et avec le collecteur de courant de l'électrode. Le second électrolyte polymère du composite, qui agit comme liant, permet également d'assurer l'adhésion et les échanges ioniques avec le séparateur électrolyte du générateur, préférentiellement un film à base d'électrolyte polymère.

La présente invention utilise un procédé aqueux permettant de traiter le matériau actif de l'électrode sous forme dispersée avec le premier électrolyte vitreux en solution, optionnellement en présence d'un additif de conduction, lui aussi dispersé. La solution est alors soit filtrée et le résidu séché, ou traitée par pulvérisation-séchage ("spray dried") pour former des particules individuelles partiellement ou totalement mouillées par le premier électrolyte vitreux, ou des particules agglomérées comportant le matériau d'électrode, le verre adhérent et l'additif de conduction électronique, le cas échéant. Les particules ont ainsi un taux de porosité plus ou moins accessible au second électrolyte polymère lors de l'introduction de ce dernier. Les Figures 3a) et 3b) illustrent la
-10-Various additives known to stabilize the formation of glass can also to be added to the first vitreous electrolyte of the invention insofar as they do not are not incompatible with the materials of the electrode. Such training agents glass include partially or fully hydrolysed silica, titanates, aluminates, partially or fully hydrolysed siloxanes, and mixtures thereof.

The invention also uses the more conductive properties of electrolytes polymers, gelled or not, in order to optimize the power performance of electrode composite in that the polymer electrolyte is distributed around the particles of 1 o active material of the electrode and the electronic conduction additive, where appropriate, way to bind the particles together and with the current collector of the electrode. The second polymer electrolyte of the composite, which acts as a binder, allows also to ensure adhesion and ion exchange with the electrolyte separator generator, preferentially a film based on a polymer electrolyte.

The present invention utilizes an aqueous process for treating the active material of the electrode in dispersed form with the first electrolyte glassy in solution, optionally in the presence of a conduction additive, also scattered. The solution is then either filtered and the residue dried, or treated by spray-drying ("spray dried ") to form individual particles partially or totally wet by the first vitreous electrolyte, or agglomerated particles comprising the material electrode, the adhering glass and the electronic conduction additive, the case applicable. The particles have a porosity rate more or less accessible to the second electrolyte polymer when introducing the latter. Figures 3a) and 3b) illustrate the

-11-formation d'agglomérats minéraux plus ou moins poreux et plus ou moins pénétrés par le second électrolyte polymère. Les particules agglomérées peuvent être partiellement ou totalement pénétrés par le second électrolyte, de façon à réduire la surface du matériau actif qui est mise en contact avec le second électrolyte.

Les procédés pour former des électrodes composites à partir d'électrolytes polymères sont connus et peuvent être adaptés pour les besoins de la présente invention.
On utilisera par exemple l'application de solutions de polymère, l'application de polymères fondus ou l'application de pré-polymères ou monomères de basses masses 1 o moins visqueux qui seront réticulés/polymérisés après leur mise en forme en composite.
L'usage de compositions de verres utilisant du potassium est également incluse dans la présente invention dans la mesure où le potassium s'échange avec le lithium et n'interfère pas avec le fonctionnement du générateur au lithium.

Les exemples suivants sont fournis afin d'illustrer certains modes de réalisation préférentiels de l'invention, et ne devrait pas être interprétés comme en limitant la portée.
Exemple 1 Une solution aqueuse de l'électrolyte solide minéral vitreux de formulation générale (LiPO3)õ est préparée de la façon suivante. Une solution aqueuse de (LiPO3)õ est préparée en dissolvant 75 g d'acide polymétaphosphorique ((HPO3)õ) dans 325 g d'eau (cette solution peut également comprendre un alcool inférieur) et est par la suite en partie ou en totalité neutralisée par l'ajout d'hydroxyde de lithium monohydrate (LiOH=H20),
-11-formation of more or less porous mineral agglomerates and more or less penetrated by the second polymer electrolyte. Agglomerated particles can be partially or completely penetrated by the second electrolyte, so as to reduce the surface material active which is brought into contact with the second electrolyte.

Methods for forming composite electrodes from electrolytes polymers are known and can be adapted for the purposes of this invention.
For example, the application of polymer solutions, the application of of molten polymers or the application of pre-polymers or low-level monomers masses 1 o less viscous which will be crosslinked / polymerized after they are shaped in composite.
The use of glass compositions using potassium is also included in the present invention insofar as the potassium is exchanged with the lithium and does not interfere with the operation of the lithium generator.

The following examples are provided to illustrate certain modes of production of the invention, and should not be interpreted as limiting the scope.
Example 1 An aqueous solution of the vitreous mineral solid electrolyte formulation general (LiPO3) õ is prepared as follows. An aqueous solution of (LiPO3) õ is prepared by dissolving 75 g of polymetaphosphoric acid ((HPO3) õ) in 325 g water (this solution may also include a lower alcohol) and is by the partly following or in total neutralized by the addition of lithium hydroxide monohydrate (LiOH H20 =),

-12-dans un rapport molaire (HPO3)õ/LiOH de 1, correspondant à l'ajout de 39.6 g de LiOH=H20.

Exemple 2 Une dispersion constituée de 0.25 g de LiV3O8 est agité de façon rigoureuse avec 100 mL de la solution aqueuse de (LiPO3)õ préparée selon l'exemple 1. La dispersion ainsi préparée montre une couleur brune typique de l'oxyde LiV3O8.
Cette observation démontre la stabilité chimique de la solution aqueuse neutre de l'électrolyte solide de type (MPO3)õ où M est Li ou K, avec des matériaux d'électrode acides représentés par LiV3O8. Une solution identique comportant un excès de base (LiOH) a pour conséquence de rendre la solution verdâtre. Une coloration verte est probablement associée à un état réduit de vanadium résultant d'une décomposition possible de l'eau en milieu basique. Une telle observation est également notée avec V205 lorsque traitée au silicate de sodium. La couleur verte résulte de l'effet basique des silicates de métaux alcalins et leur incompatibilité avec les oxydes à caractère acide comme V205.
Une solution identique comportant un excès d'acide (LiPO3)õ rend la solution orange, qui est possiblement associée à formation de V205 suite à la formation probable d'un acide d'anion vanadyle en milieu acide.

2 o Exemple 3 93 g d'acide polymétaphosphorique (HPO3)n sont dissous dans 6 litres d'eau, puis neutralisés par l'ajout de 49 g de LiOH=H20 correspondant à un rapport molaire (HPO3)õ /LiOH de 1. A cette solution, 491 g d'une dispersion aqueuse de noir de carbone (KetjenblackTM EC-600) contenant 5 % en poids de noir de carbone est mélangée de
-12-in a molar ratio (HPO3) õ / LiOH of 1, corresponding to the addition of 39.6 g of LiOH = H20.

Example 2 A dispersion consisting of 0.25 g of LiV3O8 is stirred rigorously with 100 mL of the aqueous solution of (LiPO3) õ prepared according to Example 1. The dispersion thus prepared shows a brown color typical of LiV3O8 oxide.
This observation demonstrates the chemical stability of the neutral aqueous solution of electrolyte solid type (MPO3) õ where M is Li or K, with acidic electrode materials represented by LiV3O8. An identical solution containing an excess of base (LiOH) a as a result of making the solution greenish. A green color is probably associated with a reduced state of vanadium resulting from a possible decomposition water in basic medium. Such an observation is also noted with V205 when treated sodium silicate. The green color results from the basic effect of silicates of metals alkalis and their incompatibility with acidic oxides such as V205.
A
identical solution containing an excess of acid (LiPO3) õ makes the solution orange, which is possibly associated with V205 formation following the probable formation of a acid vanadyl anion in an acid medium.

2 o Example 3 93 g of polymetaphosphoric acid (HPO3) n are dissolved in 6 liters of water, then neutralized by the addition of 49 g of LiOH = H20 corresponding to a ratio molar (HPO3) õ / LiOH of 1. To this solution, 491 g of an aqueous dispersion of black of carbon (KetjenblackTM EC-600) containing 5% by weight of carbon black is mixed of

- 13-façon énergique avec la solution aqueuse de polymétaphosphate de lithium, puis 1 kg de LiCoO2 est ajouté pour compléter la dispersion aqueuse à atomiser ("spray drying").
Cette dispersion est séchée par atomisation dans l'air sec à l'aide d'un "spray-dryer" de marque Buchï modèle B-190TM (Brinkmann Instruments Division). Le type d'atomisation utilisé est l'atomisation par buse en courant parallèle, c'est-à-dire que le produit atomisé et l'air de dessication s'écoulent dans la même direction. La micrographie (Figure 4) de la poudre obtenue montre des particules individuelles enrobées en bonne partie de verre.
L'analyse du phosphore par spectroscopie Auger montre des particules individuelles de LiCoO2 recouvertes en bonne partie de verre ainsi que des goutelettes sphériques de 1 o (LiPO3)n et de carbone résultant des conditions non optimisées du "spray drying".

Exemple 4 208 g d'acide polymétaphosphorique (HPO31, sont dissous dans 8,4 litres d'eau, puis neutralisés par l'ajout de 109 g de LiOH=H20 correspondant à un rapport molaire (HPO3)õ /LiOH de 1. A cette solution, 1.756 kg d'une dispersion aqueuse de noir de carbone (KetjenblackTM EC-600) contenant 5% en poids de noir de carbone est mélangée de façon énergique avec la solution aqueuse de polymétaphosphate de lithium, puis 1.5 kg de LiV3O8 est ajouté pour compléter la dispersion aqueuse à atomiser ("spray drying").
Cette dispersion est séchée par atomisation dans l'air sec à l'aide d'un "spray-dryer" dont la procédure est décrite dans l'exemple 3 ci-haut. La micrographie (Figure 5) de la poudre obtenue montre des agglomérats de LiV3Og et d'électrolyte vitreux contenant l'additif de conduction électronique. La poudre à surface stabilisée chimiquement par recouvrement d'électrolyte vitreux contient 15 % volumique (LiPO3),,, 8% de noir de carbone et 77%
LiV3O8.
- 13-energetically with the aqueous solution of lithium polymetaphosphate, then 1 kg of LiCoO2 is added to supplement the aqueous dispersion to be atomized ("spray drying ").
This dispersion is spray-dried in dry air using a "spray-dryer" from Buchi brand model B-190TM (Brinkmann Instruments Division). The type atomization used is the nozzle atomization in parallel current, that is to say that the atomized product and the drying air flows in the same direction. The micrograph (Figure 4) of the powder obtained shows individual particles coated for the most part with glass.
The analysis of phosphorus by Auger spectroscopy shows particles individual LiCoO2 mostly covered with glass and droplets spherical 1 o (LiPO3) n and carbon resulting from non-optimized conditions of the "spray drying ".

Example 4 208 g of polymetaphosphoric acid (HPO31, are dissolved in 8.4 liters of water, then neutralized by the addition of 109 g of LiOH = H20 corresponding to a ratio molar (HPO3) õ / LiOH of 1. To this solution, 1.756 kg of an aqueous dispersion of black of Carbon (KetjenblackTM EC-600) containing 5% by weight of carbon black is mixed energetically with the aqueous solution of lithium polymetaphosphate, then 1.5 kg of LiV3O8 is added to complete the aqueous dispersion to be atomized ("spray drying ").
This dispersion is spray-dried in dry air using a "spray-dryer" whose procedure is described in Example 3 above. The micrograph (Figure 5) of the powder obtained shows agglomerates of LiV3Og and vitreous electrolyte containing the additive electronic conduction. The surface powder chemically stabilized by recovery glassy electrolyte contains 15% by volume (LiPO3) ,,, 8% carbon black and 77%
LiV3O8.

-14-Exemple 5 208 g d'acide polymétaphosphorique (HPO3)õ sont dissous dans 8,4 litres d'eau puis neutralisé par l'ajout de 109 g de LiOH=H20 correspondant à un rapport molaire (HPO3)õ/LiOH de 1. A cette solution, 1.756 kg d'une dispersion aqueuse de noir de carbone (KetjenblackTM EC-600) contenant 5 % en poids de noir de carbone est mélangée de façon énergique avec la solution aqueuse de polymétaphosphate de lithium, puis 1.5 kg de V205 est ajouté pour compléter la dispersion aqueuse à atomiser ("spray drying").
Cette dispersion est séchée par atomisation dans l'air sec à l'aide d'un "spray-dryer" dont la procédure est décrite dans l'exemple 3 ci-haut. La micrographie de la poudre obtenue montre des agglomérats de V205 et d'électrolyte vitreux contenant l'additif de conduction électronique. Ce dernier résultat est similaire à celui observé à l'exemple 4.

Exemple 6 Dans cet exemple, on réalise une cathode composite en utilisant les particules obtenues selon l'exemple 4 pour élaborer par voie solvant et épandage à l'aide d'un gabarit en une étape une électrode composite sur un collecteur d'aluminium recouvert d'un revêtement protecteur à base de carbone et d'un liant organique inerte. On utilise cette dernière cathode composite pour la réalisation du générateur électrochimique selon les étapes suivantes.

La solution d'épandage est formée d'un copolymère d'oxyde d'éthylène de masse molaire d'environ 50 000 g/mol en solution dans l'acétonitrile à une concentration d'environ 15 % en poids et un sel de LiTFSI dans un rapport molaire O/Li de 30/1 par
-14-Example 5 208 g of polymetaphosphoric acid (HPO3) õ are dissolved in 8.4 liters of water then neutralized by the addition of 109 g of LiOH = H20 corresponding to a ratio molar (HPO3) õ / LiOH of 1. To this solution, 1.756 kg of an aqueous dispersion of black of Carbon (KetjenblackTM EC-600) containing 5% by weight of carbon black is mixed energetically with the aqueous solution of lithium polymetaphosphate, then 1.5 kg of V205 is added to complete the aqueous dispersion to be atomized ("spray drying ").
This dispersion is spray-dried in dry air using a "spray-dryer" whose procedure is described in Example 3 above. The micrograph of the powder obtained shows agglomerates of V205 and vitreous electrolyte containing the additive of conduction electronic. This last result is similar to that observed in Example 4.

Example 6 In this example, a composite cathode is made using the particles obtained according to Example 4 for solvent preparation and spreading using a template in one step a composite electrode on a covered aluminum collector a protective coating based on carbon and an inert organic binder. We use this last composite cathode for the realization of the electrochemical generator according to following steps.

The spreading solution is formed of an ethylene oxide copolymer of molar mass of about 50 000 g / mol in solution in acetonitrile at a concentration about 15% by weight and a LiTFSI salt in an O / Li molar ratio of 30/1 by

- 15-rapport au polymère. Les particules d'agglomérats de LiV3O8 et d'électrolyte vitreux contenant l'additif de conduction électronique, obtenues selon l'exemple 4, sont dispersées par agitation mécanique en présence de noir de carbone (KetjenblackTM EC600) et la suspension est enduite sur le collecteur d'aluminium recouvert d'un revêtement protecteur à base de carbone et d'un liant organique inerte. La cathode composite ainsi obtenue est séchée à 80 C durant 24 heures avant d'être assemblée avec une anode de lithium préalablement laminée avec un électrolyte polymère de 15 micron agissant comme séparateur, ce dernier étant constitué d'un copolymère d'oxyde d'éthylène contenant un sel de lithium LiTFSI à une concentration correspondant à un rapport molaire O/Li de 30/1 par rapport au polymère.

Lorsque cyclée à 80 C, cette pile montre une utilisation initiale correspondant à la capacité de la cathode prévue, ce qui confirme que toute la matière active est bien accessible par l'un ou l'autre des électrolytes solides de la composite. Ce résultat confirme 1 s que ce mode de réalisation de la composite à double électrolyte solide selon l'invention permet l'accès des ions lithium au matériau actif de la cathode même si les deux électrolytes dont les conductivités ioniques sont très différentes coexistent en contact avec le matériau actif.

Bien que la présente invention ait été décrite à l'aide de mises en oeuvre spécifiques, il est entendu que plusieurs variations et modifications peuvent se greffer aux dites mises en oeuvre, et la présente demande vise à couvrir de telles modifications, usages ou adaptations de la présente invention suivant, en général, les principes de l'invention et incluant toute variation de la présente description qui deviendra connue ou
- 15-compared to the polymer. The particles of agglomerates of LiV3O8 and electrolyte glassy containing the electronic conduction additive, obtained according to Example 4, are scattered by mechanical stirring in the presence of carbon black (KetjenblackTM EC600) and the suspension is coated on the coated aluminum collector protective based on carbon and an inert organic binder. The composite cathode as well obtained is dried at 80 ° C. for 24 hours before being assembled with an anode of lithium previously laminated with a 15 micron polymer electrolyte acting as separator, the latter consisting of a copolymer of ethylene oxide containing a salt lithium LiTFSI at a concentration corresponding to a molar ratio O / Li relative to the polymer.

When cycled at 80 C, this battery shows an initial use corresponding to the capacity of the cathode provided, which confirms that all the material active is good accessible by one or the other solid electrolytes of the composite. This result confirms 1s that this embodiment of the solid double electrolyte composite according to the invention allows access of lithium ions to the active material of the cathode even if the two electrolytes whose ionic conductivities are very different coexist in contact with the active material.

Although the present invention has been described using implementations specific, it is understood that several variations and modifications may add to implemented, and the present application is intended to cover such changes, uses or adaptations of the present invention according to, in general, the principles of invention and including any variation of the present description which will become known or

-16-conventionnelle dans le champ d'activité dans lequel se retrouve la présente invention, et qui peut s'appliquer aux éléments essentiels mentionnés ci-haut, en accord avec la portée des revendications suivantes. -16-Convention in the field of activity in which this invention, and which can be applied to the essential elements mentioned above, in agreement with the scope of the following claims.

Claims (32)

REVENDICATIONS 1. Un générateur électrochimique comportant une cathode et une anode dont au moins l'une d'elle est une électrode composite comprenant un matériau actif, un collecteur de courant, et au moins un premier et un second électrolyte solide dans le composite, le premier ou le second électrolyte comprenant au moins un additif de conduction électronique sous forme dispersée; le premier électrolyte étant un conducteur solide de nature minérale; le second électrolyte étant solide et de nature organique; dans lequel une mince couche du premier électrolyte mouille et recouvre au moins une partie de la surface des particules du matériau actif de façon à protéger la surface recouverte des particules des réactions de passivation ou de dégradation et à maintenir la qualité des échanges ioniques et électroniques entre le matériau actif de l'électrode et les autres constituants du composite, le premier électrolyte étant imperméable aux composantes du second électrolyte. 1. An electrochemical generator comprising a cathode and anode of which less one of them is a composite electrode comprising an active material, a collector current, and at least a first and a second solid electrolyte in the composite, the first or the second electrolyte comprising at least one conduction additive electronics under dispersed form; the first electrolyte being a solid conductor of nature mineral; the second electrolyte being solid and organic in nature; in which a thin layer of first electrolyte wets and covers at least a portion of the surface of the particles of active material so as to protect the surface covered with the particles of reactions of passivation or degradation and maintain the quality of ion exchange and electronics between the active material of the electrode and the other constituents of the composite, the first electrolyte being impervious to the components of the second electrolyte. 2. Un générateur selon la revendication 1 dans lequel le premier électrolyte est un conducteur des ions lithium. 2. A generator according to claim 1 wherein the first electrolyte is a conductive lithium ions. 3. Un générateur selon la revendication 1 de type générateur au lithium. 3. A generator according to claim 1 of the lithium generator type. 4. Un générateur selon la revendication 1 dans lequel le premier électrolyte est vitreux ou partiellement vitreux et conducteur des ions alcalins lithium ou potassium. 4. A generator according to claim 1 wherein the first electrolyte is vitreous or partially vitreous and conductive alkaline ions lithium or potassium. 5. Un générateur selon la revendication 4 dans lequel le premier électrolyte est partiellement vitreux et comprend des phosphates ou polyphosphates de métaux alcalins ou des borates ou polyborates de métaux alcalins, ou leurs mélanges. 5. A generator according to claim 4 wherein the first electrolyte is partially vitreous and includes metal phosphates or polyphosphates alkaline or alkali metal borates or polyborates, or mixtures thereof. 6. Un générateur selon la revendication 5 dans lequel le premier électrolyte comprend majoritairement du polyphosphate de lithium de formule (LiP03)n où n > 3, et possède une conductivité ionique minimale de 10-10 S/cm à la température d'opération. 6. A generator according to claim 5 wherein the first electrolyte comprises predominantly lithium polyphosphate of formula (LiPO3) n where n> 3, and has a minimum ionic conductivity of 10-10 S / cm at operating temperature. 7. Un générateur selon la revendication 6 dans lequel (LiP03)n est soluble dans l'eau. 7. A generator according to claim 6 wherein (LiPO3) n is soluble in water. 8. Un générateur selon la revendication 1 dans lequel le premier électrolyte contient un additif de conduction électronique sous forme dispersée et est un conducteur mixte ionique et électronique. 8. A generator according to claim 1 wherein the first electrolyte contains an electronic conduction additive in dispersed form and is a mixed driver ionic and electronic. 9. Un générateur selon la revendication 1 dans lequel le second électrolyte comprend:
- un polymère solvatant sec ou gélifié par un solvant aprotique polaire rendu conducteur par l'addition d'un sel de lithium soluble ou un polyélectrolyte;
ou - un gel comprenant un polymère peu solvatant, d'un solvant liquide aprotique polaire et d'un sel de lithium dissous
9. A generator according to claim 1 wherein the second electrolyte comprises:
a solvating polymer which is dry or gelled by a polar aprotic solvent conductive by the addition of a soluble lithium salt or a polyelectrolyte;
or a gel comprising a low solvating polymer, an aprotic liquid solvent polar and a dissolved lithium salt
10. Un générateur selon la revendication 9 dans lequel le polymère solvatant comprend un électrolyte polymère contenant un additif de conduction électronique dispersé et est un conducteur mixte ionique et électronique. 10. A generator according to claim 9 wherein the solvating polymer comprises a polymer electrolyte containing a conduction additive scattered electronics and is a mixed ionic and electronic conductor. 11. Un générateur selon la revendication 1 dans lequel le matériau actif est utilisé
comme cathode.
11. A generator according to claim 1 wherein the active material is in use as cathode.
12. Un générateur selon la revendication 11 dans lequel le matériau actif comprend un oxyde de vanadium, ou un mélange d'oxydes de vanadium. 12. A generator according to claim 11 wherein the active material includes a vanadium oxide, or a mixture of vanadium oxides. 13. Un générateur selon la revendication 1 dans lequel le matériau actif est utilisé
comme anode et comprend les oxydes, les nitrures, le carbone, les graphites ou leurs mélanges fonctionnant à un potentiel inférieur à 1.6 Volts par rapport à une électrode de lithium métallique.
13. A generator according to claim 1 wherein the active material is in use as anode and includes oxides, nitrides, carbon, graphites or their mixtures operating at a potential lower than 1.6 volts compared to a electrode metallic lithium.
14. Un générateur selon la revendication 1 dans lequel le collecteur de courant de l'électrode composite est recouvert d'un revêtement conducteur à base de carbone et d'un liant inerte adhérent. 14. A generator according to claim 1 wherein the collector of current of the composite electrode is coated with a conductive coating based on carbon and a binder inert adherent. 15. Un générateur selon la revendication 1 dans lequel le générateur comprend un séparateur, le séparateur étant au moins un électrolyte polymère. 15. A generator according to claim 1 wherein the generator comprises a separator, the separator being at least one polymer electrolyte. 16. Un générateur selon la revendication 1 dans lequel l'anode comprend du lithium, un alliage de lithium, un composé d'insertion du carbone ou du graphite. 16. A generator according to claim 1 wherein the anode comprises lithium, a lithium alloy, a carbon insertion compound or graphite. 17. Une électrode composite comprenant un matériau actif, un collecteur de courant, un premier électrolyte solide minéral et un second électrolyte organique, le premier ou le second électrolyte comprenant un ou plusieurs additif de conduction électronique sous forme dispersée; le second électrolyte étant en contact avec le collecteur; dans lequel le premier électrolyte mouille et recouvre au moins une partie de la surface des particules du matériau actif de façon à en protéger la surface des réactions de passivation ou de dégradation et à
maintenir la qualité des échanges ioniques et électroniques entre le matériau actif et les autres constituants du composite, le premier électrolyte étant imperméable aux composantes du second électrolyte.
17. A composite electrode comprising an active material, a collector of current, a first inorganic solid electrolyte and a second organic electrolyte, the first or the second electrolyte comprising one or more conduction additives electronic form dispersed; the second electrolyte being in contact with the collector; in which the first electrolyte wets and covers at least a portion of the surface of the particles of the material active in order to protect the surface from passivation reactions or degradation and maintain the quality of the ionic and electronic exchanges between the material active and others constituents of the composite, the first electrolyte being impermeable to components of second electrolyte.
18. Une électrode selon la revendication 17 dans laquelle le second électrolyte comprend un électrolyte polymère sec ou gélifié. 18. An electrode according to claim 17 wherein the second electrolyte comprises a dry or gelled polymer electrolyte. 19. Une électrode selon la 17 dans laquelle le premier électrolyte est vitreux ou partiellement vitreux et conducteur des ions alcalins lithium ou potassium. 19. An electrode according to 17 in which the first electrolyte is glassy or partially vitreous and conductive alkaline ions lithium or potassium. 20. Une électrode selon la revendication 19 dans laquelle le premier électrolyte est partiellement vitreux et comprend des phosphates ou polyphosphates de métaux alcalins ou des borates de métaux alcalin ou leurs mélanges. 20. An electrode according to claim 19 wherein the first electrolyte is partially vitreous and includes metal phosphates or polyphosphates alkaline or alkali metal borates or mixtures thereof. 21. Une électrode selon la revendication 20 dans laquelle le premier électrolyte comprend majoritairement du polyphosphate de lithium de formule (LiP03)n où n > 3, et possède une conductivité ionique minimale de 10-10 S/cm à la température d'opération. 21. An electrode according to claim 20 wherein the first electrolyte comprises predominantly lithium polyphosphate of formula (LiPO 3) n where n > 3, and has a minimum ionic conductivity of 10-10 S / cm at room temperature operation. 22. Une électrode selon la revendication 21 dans laquelle (LiP03)n est soluble dans l'eau. 22. An electrode according to claim 21 wherein (LiPO3) n is soluble in the water. 23. Une électrode selon la revendication 20 dans laquelle le matériau actif comprend un oxyde de vanadium, ou un mélanges d'oxydes de vanadium. 23. An electrode according to claim 20 wherein the active material comprises a vanadium oxide, or a mixture of vanadium oxides. 24. Un procédé de fabrication d'une électrode selon la revendication 17 comprenant:
a) le mélange de particules de matériau actif d'électrode dans une solution aqueuse du premier électrolyte minéral;

b) le séchage de la solution de l'étape a) pour obtenir une poudre de particule de matériau 15 actif partiellement ou totalement recouverte du premier électrolyte minéral;

c) le mélange de la poudre obtenue en b) avec un second électrolyte organique;
et d) l'enduction d'un collecteur de courant par le mélange obtenu en c).
24. A method of manufacturing an electrode according to claim 17 comprising:
a) mixing particles of electrode active material in a solution aqueous of the first mineral electrolyte;

b) drying the solution of step a) to obtain a powder of particle of material 15 active partially or completely covered with the first mineral electrolyte;

c) mixing the powder obtained in b) with a second organic electrolyte;
and d) coating a current collector with the mixture obtained in c).
25. Un procédé selon la revendication 24 dans lequel la solution aqueuse 20 comprend un alcool inférieur. 25. A process according to claim 24 wherein the aqueous solution comprises a lower alcohol. 26. Procédé selon la revendication 24 dans lequel le second électrolyte est déformable. The method of claim 24 wherein the second electrolyte is deformable. 27. Procédé selon la revendication 24 dans lequel le second électrolyte comprend un électrolyte polymère sec ou gélifié. 27. The method of claim 24 wherein the second electrolyte includes a dry or gelled polymer electrolyte. 28. Procédé selon la revendication 24 dans lequel le premier électrolyte est vitreux ou partiellement vitreux et conducteur des ions alcalins lithium ou potassium. 28. The method of claim 24 wherein the first electrolyte is glassy or partially vitreous and conductive alkaline ions lithium or potassium. 29. Procédé selon la revendication 28 dans lequel le premier électrolyte est partiellement vitreux et comprend des phosphates ou polyphosphates de métaux alcalins ou des borates ou polyborates de métaux alcalin ou leurs mélanges. 29. The method of claim 28 wherein the first electrolyte is partially vitreous and includes metal phosphates or polyphosphates alkaline or alkali metal borates or polyborates or mixtures thereof. 30. Procédé selon la revendication 24 dans lequel le premier électrolyte comprend majoritairement du polyphosphate de lithium de formule (LiP03)n où n >3, et possède une conductivité ionique minimale de 10-10 S/cm à la température d'opération. 30. The method of claim 24 wherein the first electrolyte comprises predominantly lithium polyphosphate of formula (LiPO3) n where n> 3, and has a minimum ionic conductivity of 10-10 S / cm at operating temperature. 31. Procédé selon la revendication 30 dans laquelle (LiP03)n est soluble dans l'eau. 31. The method of claim 30 wherein (LiPO3) n is soluble in the water. 32. Procédé selon la revendication 24 dans lequel le matériau actif comprend un oxyde de vanadium, ou un mélange d'oxydes de vanadium. The method of claim 24 wherein the active material comprises a vanadium oxide, or a mixture of vanadium oxides.
CA002304394A 1999-04-07 2000-04-06 Lipo3 commutation electrode Expired - Lifetime CA2304394C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA002304394A CA2304394C (en) 1999-04-07 2000-04-06 Lipo3 commutation electrode

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA2,268,346 1999-04-07
CA002268346A CA2268346A1 (en) 1999-04-07 1999-04-07 Lipo3 commutation electrode
CA002304394A CA2304394C (en) 1999-04-07 2000-04-06 Lipo3 commutation electrode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CA2304394A1 CA2304394A1 (en) 2000-10-07
CA2304394C true CA2304394C (en) 2009-09-08

Family

ID=25680883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CA002304394A Expired - Lifetime CA2304394C (en) 1999-04-07 2000-04-06 Lipo3 commutation electrode

Country Status (1)

Country Link
CA (1) CA2304394C (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114867696B (en) * 2019-12-27 2024-07-02 微宏动力系统(湖州)有限公司 Electrolyte containing solid particles and lithium ion secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
CA2304394A1 (en) 2000-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1043795B1 (en) Electrochemical generator with composite electrode comprising two different solid electrolytes and process of manufacture
CA2268316C (en) Lipo3 composite
CA2503893C (en) Electrode coated with a film obtained from an aqueous solution comprising a water soluble binder, production method thereof and uses of same
EP1796189B1 (en) Electrode materials having high surface conductivity
JP4819342B2 (en) Positive electrode for lithium battery and lithium battery using the same
EP2321866B1 (en) Lithium-ion rechargeable accumulators including an ionic liquid electrolyte
FR2773267A1 (en) Supercondensers with non aqueous electrolyte and two electrodes
EP3298644B1 (en) Positive electrode for a lithium electrochemical generator
FR2935546A1 (en) ELECTRODE COMPOSITE MATERIAL, BATTERY ELECTRODE CONSISTING OF SAID MATERIAL AND LITHIUM BATTERY COMPRISING SUCH AN ELECTRODE.
EP3042410B1 (en) Additives for improving the ionic conductivity of lithium-ion battery electrodes
EP1043790B1 (en) Current collector coating of lithium storage batteries
EP1384276A2 (en) Cathode compositions and use thereof, particularly in electrochemical generators
EP3304625B1 (en) Process for protecting electrode materials against moisture
KR101999473B1 (en) Surface coated electrode active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same
CA2140456A1 (en) Process for obtaining positive electrode solutions for a polymer electrode accumulator by a powder pre-deposit operation
CA2304394C (en) Lipo3 commutation electrode
CA2658728A1 (en) New electrode materials with high surface conductivity
CA3082962C (en) Use of a salt mixture as an additive in a lithium-gel battery
EP3701580B1 (en) Current collector and current collector-electrode assembly for an accumulator operating according to the principle of ion insertion and deinsertion
EP3776697A1 (en) Lithium/sulfur electrochemical element
EP3255712B1 (en) Method for manufacturing an electrode for a battery operating on the principle of ion insertion and removal or alloy formation
FR3071362B1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRODE FOR LITHIUM-SULFUR BATTERY WITH IMPORTANT ACTIVE SURFACE
CA2304395C (en) Coating for lithium cell battery current collector
AU2009100665A4 (en) Positive Electrode of the Lithium-ion Battery
CA2956857A1 (en) Electrode material, solid electrode and battery including a complex oxide with olivine structure

Legal Events

Date Code Title Description
EEER Examination request
MKEX Expiry

Effective date: 20200406