EP2926392A1 - Use of a silica-based powder - Google Patents

Use of a silica-based powder

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EP2926392A1
EP2926392A1 EP13824015.5A EP13824015A EP2926392A1 EP 2926392 A1 EP2926392 A1 EP 2926392A1 EP 13824015 A EP13824015 A EP 13824015A EP 2926392 A1 EP2926392 A1 EP 2926392A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
less
oxide powder
separator
use according
powder
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13824015.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Caroline Levy
Nabil Nahas
Yves Boussant-Roux
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.)
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Original Assignee
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS filed Critical Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Publication of EP2926392A1 publication Critical patent/EP2926392A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431Inorganic material
    • H01M50/434Ceramics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/457Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • 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
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H01M50/406Moulding; Embossing; Cutting
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a new use of a silica-based powder, namely to a use for making a separating element of a lithium-ion battery.
  • the invention also relates to a separation element thus obtained and to a lithium-ion battery incorporating such a separating element.
  • Batteries are commonly used as energy sources, especially in portable electronic devices (phones, computers, cameras and cameras), but also in electric vehicles.
  • batteries mention may in particular be made of lithium-ion batteries.
  • These batteries are generally composed of an electrolyte, an anode and a cathode, the two electrodes being physically separated from one another in order to avoid any short circuit.
  • the separation barrier of the anode and the cathode is made with one or more separating elements, conventionally a separator, optionally coated with a separator coating, or an electrode coating applied to one or both electrodes.
  • US 2012/015232, US 2007/117025, US 2012/094184 describe examples of separation barriers.
  • the separation barrier must have high ion permeability, good mechanical strength, and high stability with respect to the products used in the battery, particularly the electrolyte.
  • the separator is generally composed of one or more polymer layers, the total thickness of which is typically from a few microns to a few tens of microns.
  • One or more of the layers of the separator may also comprise particles of an inorganic material, for example alumina or silica, as described for example in US 6,627,346.
  • These inorganic particles are added either in coating on the surface of the separator or in the form of filler in the polymer constituting one or more layers of the separator, in particular in order to improve the mechanical strength of the separator under conditions of high temperatures (especially in the case of a battery runaway) or shocks, especially in large volume batteries, composed for example of several cells, or requiring high energy densities.
  • the separator comprises silica, its resistance to corrosion by the electrolyte can be reduced, which limits the life of the lithium-ion battery.
  • this object is achieved by the use, for the manufacture of a separation element of a lithium-ion battery, of a ceramic oxide powder having the following chemical analysis, in percentages on the basis of the mass of ceramic oxides and for a total of 100%:
  • said oxide powder has a specific surface area (preferably measured by the BET method) of less than 40 m 2 / g and greater than 5 m 2 / g.
  • the oxide powder also comprises one, and preferably several, of the following optional characteristics:
  • the powder of oxides preferably has a humidity, measured after drying at 100 ° C. for 4 hours, less than 3%, less than 2%, preferably less than 1.5%, preferably less than 1%, of preferably less than 0.8%, preferably less than
  • the corrosion resistance is further improved.
  • the oxide powder has an SiO 2 + Al 2 O 3 + ZrO 2 content greater than 90%, preferably greater than 93%, preferably greater than 95%, preferably greater than 97% o, or even greater than 98%, in percentages based on the mass of the oxides.
  • the oxide powder has an SiO 2 content greater than 87%, preferably greater than 88%, even greater than 89% and / or less than 99.8%, or even less than 99%, or even less than 98%, or even less than 95%, in percentages based on the mass of the oxides.
  • the oxide powder has an A1 2 0 3 content greater than 0.05%, or even greater than 0.2%, even greater than 0.5%, or even greater than 1%, or even greater than 2%; , or even greater than 3% and / or less than 8%, preferably less than 6%, or even less than
  • the oxide powder has a Zr0 2 content greater than 0.05% or even greater than 0.5%), or even greater than 1%, or even greater than 2%, or even greater than 3%, or even greater than 4 % and / or less than 8%, preferably less than 6%, in percentages based on the weight of the oxides.
  • the oxide powder has a content of "other ceramic oxides" of less than 4%, preferably less than 3%, preferably less than 2%, preferably less than 1%, or even less than 0.5%; or even less than 0.1%, in percentages based on the weight of the oxides.
  • the sum Fe 2 0 3 + Na 2 0 + CaO + P 2 0 5 represents more than 80% or even more than 90% of the said "other ceramic oxides", in percentages on the basis of the weight of the oxides.
  • the oxide powder has a Fe 2 O 3 content of less than 0.5%, preferably less than 0.3%, preferably less than 0.2 or less than 0.1%, in percentages on the basis of of the mass of the oxides.
  • the oxide powder has a P 2 0 5 content of less than 0.5%, preferably less than 0.3%, preferably less than 0.2 or even less than 0.1%, in percentages on the basis of the mass of the oxides.
  • the oxide powder has a metal iron content of less than 0.1%, or even less than 0.05%, or even less than 0.01%, or even less than 0.001%), in percentages on the basis of mass of the oxide powder.
  • the oxide powder has a free carbon content of less than 0.5%, preferably less than 0.1%, or even less than 0.05%, in percentages by weight on the basis of the mass of the powder of oxides.
  • the oxide powder has a silicon carbide content of less than 0.5%, preferably less than 0.1%, or even less than 0.05%, or even less than 0.01%, in percentages by weight on the base of the mass of the oxide powder.
  • the oxide powder has a specific surface area of less than 30 m 2 / g, preferably less than 20 m 2 / g, preferably less than 15 m 2 / g.
  • the oxide powder has a sphericity index greater than 0.8, preferably greater than 0.85, or even greater than 0.9.
  • the implementation of said powder is improved.
  • the silica of said oxide powder is crystallized, the complement being in an amorphous phase.
  • the silica of said oxide powder is substantially all in amorphous form.
  • the relative density of said oxide powder is greater than 98% of the absolute density, or even greater than 99%, or even greater than 99.5% of the absolute density.
  • the oxide powder has a percentile D 9 9 i5 less than 10 ⁇ , preferably less than 8 ⁇ , preferably less than 5 ⁇ , more preferably less than 2 ⁇ .
  • the oxide powder has a percentile D 90 of less than 8 ⁇ , preferably less than 5 ⁇ , preferably less than 2 ⁇ , more preferably less than 1 ⁇ .
  • the oxide powder has a percentile D 50 of less than 2 ⁇ , preferably less than 1 ⁇ , preferably less than 0.8 ⁇ , preferably less than 0.5 ⁇ and preferably greater than 0.05 ⁇ , preferably greater than 0.1 ⁇ .
  • the oxide powder has a ratio (D9o-Dio) / D 50 less than 10, or even less than 5.
  • the oxide powder has a loose density greater than 0.2 g / cm 2 and / or less than 1 g / cm 2 .
  • the surface of the oxide powder is functionalized, for example to render said powder hydrophobic, or to improve its dispersion in the polymer, for example by using a graft based on silane or siloxane or on hexamethyldisilazane.
  • the separating element may be in particular a separator and / or a separator film and / or a separator coating and / or an electrode coating of a device according to the invention, as described below.
  • the invention also relates to a device selected from a separator, a separator film forming part of a separator consisting of a superposition of several films, a separator coated with one or more separator coatings, an anode coated with a coating. electrode, and a cathode coated with an electrode coating,
  • the electrode coating (generically “the separating element") having, after calcination at 500 ° C.
  • Such a separating element is described as a separation element "according to the invention".
  • the invention also relates to a lithium-ion battery comprising an anode and a cathode, generally "the electrodes", and a separation barrier disposed between the anode and the cathode, said separation barrier comprising a separator optionally comprising several separator films. and, optionally, one or more coatings applied on the separator and / or on the anode and / or on the cathode so as to separate the anode and the cathode, at least one separation element selected from the group formed by said separator, said separator film, and the separator and / or electrode coating (s) being a separating element according to the invention.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a lithium-ion battery comprising an anode, a cathode and a separation barrier between the anode and the cathode, the separation barrier comprising a separator, optionally, one or more coatings. separator applied to the separator and optionally one or more coatings applied on the anode and / or on the cathode so as to separate the anode and the cathode, at least one separation element chosen from the group formed by the separator, a film said separator and the separator and / or electrode coating (s) being according to the invention.
  • particle size is meant the size of a particle conventionally given by a particle size distribution characterization performed with a laser granulometer.
  • the laser granulometer used here is a Partica LA-950 from the company HORIBA.
  • the percentiles or "percentiles" 10 (D 10 ), 50 (D 50 ), 90 (D 90 ) and 99.5 (D 9 9 15 ) are the particle sizes corresponding to the percentages, by weight, of 10%, 50%, 90% and 99.5%, respectively, on the cumulative particle size distribution curve of the powder particle sizes, the particle sizes being ranked in ascending order. For example, 10% by weight of the particles of the powder have a size less than D 10 and 90% of the particles in mass have a size greater than D 10 . Percentiles can be determined using a particle size distribution using a laser granulometer.
  • the “maximum particle size of a powder” is the 99.5 percentile (D 9 9 15 ) of said powder.
  • the sphericity index of a particle powder is the average sphericity index of the particles of said powder (arithmetic mean), the sphericity index of a particle being equal to the ratio between its smaller diameter and its larger diameter. All the known measurement methods can be envisaged, and in particular the laser particle size or an observation of photographic photos of the powder.
  • the "unpacked density" of an oxide powder can be measured after having filled a defined volume of this powder, without compacting said powder, by dividing the mass poured by said volume.
  • an average is an arithmetic mean.
  • FIG. 1 represents, in cross section, a portion of a battery according to the invention equipped with a separation barrier between the electrodes (in this case in the form of a separator).
  • FIG. 1 represents a portion of a battery 2 constituted by a separation barrier 4, an anode 6, a current collector 12 at the anode, a cathode 8 and a current collector 10 at the cathode.
  • the anode 6, the cathode 8 and the separation barrier 4 are immersed in the electrolyte, the current collectors 10 and 12 being in contact with the electrolyte.
  • the anode 6 and the cathode 8 constitute the electrodes.
  • the material used as anode material is preferably selected from graphite, a titanate, preferably a lithium titanate, or a silicon-based compound selected from, Si, SiO x , with 0 ⁇ x ⁇ 2, said compound based on silicon which may optionally be mixed with a carbon compound, such as for example graphite.
  • the material used as cathode material is preferably selected from LiCoO 2 , LiMnO 2 ,
  • LiMn 2 0 4, LiFeP0 4, LiNi0 2 these materials may optionally contain one or more dopants, such as LiMnO ⁇ PC ⁇ Feo or Li i / 3 Mni / 3 Coi / 2 0 3.
  • dopants such as LiMnO ⁇ PC ⁇ Feo or Li i / 3 Mni / 3 Coi / 2 0 3.
  • the electrolyte is preferably a solution comprising an organic solvent based on carbonates, esters and / or ethers, the solvent preferably being chosen from ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate, and diethyl carbonate, solvent in which is dissolved a compound preferably selected from LiFP 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (SO 2 CF 3 ) 2 , Li (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiAlCl 4 , LiBOB, and mixtures thereof.
  • a compound preferably selected from LiFP 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (SO 2 CF 3 ) 2 , Li (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiAlCl 4 , LiBOB, and mixtures thereof.
  • the separation barrier 4 consists of a separator and, optionally,
  • separator coating extending over one or both large faces of the separator, preferably in (the) covering completely, and / or
  • an electrode coating extending over one or both of the electrodes, preferably the fully covering one or both of them.
  • At least one separating element that is to say one element chosen from the separator (or a separator film), the separator coatings and the electrode coatings, preferably all the elements of the separator. separation constituting the barrier of separation, present (s), after calcination:
  • composition such that, in percentages on the basis of the weight of the ceramic oxides and for a total of 100%:
  • a specific surface area of the particles of these oxides of less than 40 m 2 / g and greater than 5 m 2 / g.
  • the specific surface area of the particles of these oxides can be easily evaluated by measuring, according to the BET method (Brunauer Emmet Teller) as described in Journal of American Chemical Society 60 (1938), pages 309 to 316, the specific surface area of the powder used. as raw material.
  • the known methods for producing said separating element do not substantially modify the shape of the oxide particles when they are assembled to form said element.
  • Moisture can be measured as described in the examples.
  • the open porosity of the separating element in particular when the separating element is a separator, is preferably greater than 20%, preferably greater than 30%, preferably greater than 40%, preferably greater than 50%. %> and less than 90%>, preferably less than 80%), preferably less than 70%> of the volume of said separating element.
  • a separating element according to the invention may in particular be manufactured according to a process according to which
  • a feedstock is prepared by adding an oxide powder as defined above,
  • the starting charge preferably comprises more than 0.1%, preferably more than 1%, preferably more than 5%, preferably more than 10%, preferably more than 20%, and more than 40%. and less than 90%, or even less than 80%, or even less than 70%, of said oxide powder, in weight percent based on said feedstock.
  • the oxide powder may be agglomerated, for example in the form of granules, to promote its introduction into the feedstock.
  • the feedstock in particular the feedstock used in the manufacture of a separator and / or a separator film, preferably comprises a polymer.
  • the polymer is preferably selected from the group consisting of polyacrylonitriles, polyamides, polyesters, celluloses, and mixtures thereof, preferably selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, fluoropolymers and polyolefins and mixtures thereof, preferably selected from the group consisting of polyethylene terephthalates, polytetrafluoroethylenes (or PTFE), polyvinylidene fluorides (or PVDF), polypropylenes, polyethylenes, polyoxypropylenes, and mixtures thereof
  • a separator can be manufactured according to any known technique of the state of the art, for example as described in US 6,627,346 or JP2000208123.
  • the separator can be manufactured using a method comprising the following steps:
  • the heat treatment temperature is a function of the nature of the polymer used. For example, for a polypropylene film, heat treatment at a temperature between 110 ° C and 160 ° C and applied for a time of between 3 seconds and 200 seconds is well suited.
  • the porosity may result, for example, from an extraction or removal of the additive.
  • Other methods for example a stretching method (“film stretching method” in English) are also possible.
  • the separator may consist of several superimposed porous films thus manufactured. These films can be prepared independently and hot-pressed. The number of films may typically be between 1 and 5. For example it may comprise three superimposed films.
  • the separator comprises a separator film according to the invention which extends substantially in the center of said separator, in particular along a median plane of said separator.
  • the separator preferably has a thickness greater than 5 ⁇ and less than 100 ⁇ , or even less than 50 ⁇ , or even less than 30 ⁇ , or even less than 20 ⁇ .
  • the silica is distributed substantially uniformly in the volume of said separator.
  • a separator coating may be manufactured and applied to the separator according to any known prior art technique.
  • a separator coating may be manufactured using a method comprising the following steps:
  • i- preparation of a slurry comprising the oxide powder, a solvent and a binder, ii- depositing said slip on the surface of the separator according to all techniques known to those skilled in the art, for example screen printing, the "Doctor Blade” process, the strip casting, or slip casting, in English “slip” casting ", with a deposit thickness generally between 1 and 560 ⁇ , preferably between 2 and 10 ⁇ , iiii- drying.
  • the binder used may be in particular a resin, an ester, such as a polyethyl acrylate ester, a polyvinyl acetate, a polyethylene, a polypropylene, or a fluoropolymer such as polyfluoride. vinylidene (PVDF).
  • an ester such as a polyethyl acrylate ester, a polyvinyl acetate, a polyethylene, a polypropylene, or a fluoropolymer such as polyfluoride.
  • PVDF vinylidene
  • the solvent may be, for example, water, N-methyl-2-pyrrolidone (or NMP), acetone, xylene, or chloroform.
  • the slip may also contain agents for adjusting the viscosity, depending on the deposition process used. In one embodiment, the slip does not contain such agents.
  • the separator coating preferably has a thickness greater than ⁇ ⁇ , or even greater than or equal to 3 ⁇ or even greater than or equal to 5 ⁇ and less than 15 ⁇ , or even less than ⁇ , or even less than 8 ⁇ .
  • the separator preferably according to the invention, comprises first and second major faces covered by first and second separator coatings according to the invention, respectively.
  • a method identical to that described above for the manufacture of a separator coating may be used to fabricate and coat one or both electrodes with an electrode coating.
  • the electrode coating has a thickness greater than ⁇ ⁇ , or even greater than 3 ⁇ , or even greater than 5 ⁇ and preferably less than 15 ⁇ , or even less than ⁇ , or even less than 8 ⁇ .
  • the oxide powder consisting for the most part of silica particles, has a specific surface area of less than 40 m 2 / g and greater than 5 m 2 / g
  • Such powders are for example marketed by Saint-Gobain under the name of NS-950 and NS-980.
  • Other silica powders can be adapted, for example silica powders from the silicon industry.
  • the following examples are provided for illustrative purposes and do not limit the invention.
  • the chemical analysis was carried out on a powder calcined for 4 hours at 1000 ° C., by X-ray fluorescence with regard to the constituents whose content is greater than 0.5%, the content of the constituents present in an amount of less than 0, 5% was determined by AES-ICP ("Atomic Emission Spectoscopy-Inductively Coupled Plasma").
  • the specific surface of a powder was calculated by the BET method (Brunauer Emmet Teller) as described in Journal of American Chemical Society 60 (1938), pages 309 to 316.
  • the moisture of a powder was determined by the following method: we weigh a mass of sample and placed in a cup for 4 hours in the oven. After this time, the cup is removed from the oven and placed in a desiccator, containing for example a silica gel, so that the temperature of the powder contained in the cup decreases. The mass m 2 of the sample after drying is determined, at the latest within 30 minutes after leaving the oven. The moisture content of the powder is then calculated to be 100. (mi-m 2 ) / mi.
  • the corrosion resistance was measured by the following method: The powder to be tested is pre-dried in an oven for 2 days at 110 ° C. 3 grams of said powder are then introduced into a Teflon container.
  • LiFP 6 lithium hexafluorophosphate
  • the sample is recovered and the liquid phase is separated from the solid phase by simple transfer. Then, the liquid phase is filtered through a 0.45 ⁇ filter to remove the fine powders from the electrolyte. 2mL of this filtrate is then recovered which is placed in a 50ml flask with also 2ml of hydrochloric acid (in solution at 30% by mass) for the ICP assay. The electrolyte is also passed in ICP measurement to serve as blank to the measurement.
  • the calibration range of the ICP is between 0 and 200ppm.
  • the Si element is dosed for each of the powders tested. The smaller the amount of silicon found in the electrolyte, the more resistance the test powder has to the electrolyte.
  • the sphericity index was determined from powder images obtained using a scanning electron microscope. The sphericity indices of at least 500 particles were determined, then the arithmetic mean of said indices was calculated to determine the sphericity index of the powder.
  • the powder of Comparative Example 1 is a powder used in the separators of the state of the art. It is an Aerosil 200 powder manufactured by the company Dégussa.
  • the powder of Comparative Example 2 is a powder used in the separators of the state of the art. This is a Cabosil CT-1111G powder manufactured by Cabot.
  • the powder of Example 3 intended to be used in a separating element according to the invention is an NS-950 powder, sold by Saint-Gobain,
  • the powder of Example 4 intended to be used in a separating element according to the invention is a NS-980 powder, sold by Saint-Gobain.
  • Table 1 The amounts of silicon element measured in the electrolyte after the corrosion resistance tests by the electrolyte are shown in Table 2 below:
  • the silica powders of Examples 3 and 4 used in the separating elements according to the invention surprisingly exhibit a corrosion resistance in the LiFP 6 electrolyte which is much greater than that of the silica powders of Examples 1 and 2 used in the separation elements of the state of the art.
  • the silica powder according to Example 3 is the most preferred powder of all.
  • the invention thus provides a means for improving the resistance of a separation member of a lithium-ion battery to corrosion by the electrolyte, thereby improving stability over time. and the performance of the battery.
  • the oxide powders according to the invention used also have a lower rehydration capacity compared to that of the silica powders of the state of the art (fumed silica, precipitated silica). This ability to lower rehydration thus limits the degradation of the electrolyte, the formation of hydrofluoric acid and the generation of gas in the battery, and thus contributes to increasing the battery life.
  • the ability to rehydrate is the opposite of the difference in moisture between a powder of oxides dried at 100 ° C for 4 hours and the same oxide powder after treatment for 96 hours in air at 35 ° C and 80 ° C. % humidity.
  • the oxide powders according to the invention used have a greater flowability than the silica powders of the state of the art (fumed silica, precipitated silica). This superior flowability improves the handling and dispersibility, and by the same the implementation of these powders.
  • the use of powders according to the invention having a sphericity index greater than 0.8 advantageously leads to a more homogeneous distribution of the particles of said powders in the polymer of the separator.

Abstract

The invention relates to the use of a ceramic-oxide powder for the production of a separator element for a lithium-ion battery, said ceramic-oxide powder having the following chemical composition, in percentages on the basis of the weight of the ceramic oxides, making up a total of 100 %: SiO2 > 85 %, Al2O3 < 10 %, ZrO2 < 10 %, other ceramic oxides < 5 %; said ceramic-oxide powder having a specific surface area of less than 40 m2/g and more than 5 m2/g; said oxide powder having a sphericity index of more than 0.8.

Description

Utilisation d'une poudre à base de silice  Use of a silica-based powder
Domaine technique Technical area
L'invention se rapporte à une nouvelle utilisation d'une poudre à base de silice, à savoir à une utilisation pour fabriquer un élément de séparation d'une batterie lithium-ion. L'invention se rapporte également à un élément de séparation ainsi obtenu et à une batterie lithium-ion incorporant un tel élément de séparation. The invention relates to a new use of a silica-based powder, namely to a use for making a separating element of a lithium-ion battery. The invention also relates to a separation element thus obtained and to a lithium-ion battery incorporating such a separating element.
Etat de la technique State of the art
Les batteries sont couramment utilisées comme sources d'énergie, notamment dans les appareils électroniques portables (téléphones, ordinateurs, appareils photo et caméras), mais aussi dans les véhicules électriques. Parmi les batteries, on peut en particulier citer les batteries lithium-ion. Ces batteries sont généralement composées d'un électrolyte, d'une anode, d'une cathode, les deux électrodes étant séparées physiquement l'une de l'autre afin d'éviter tout court-circuit. La barrière de séparation de l'anode et de la cathode est réalisée avec un ou plusieurs éléments de séparation, classiquement un séparateur, éventuellement revêtu d'un revêtement de séparateur, ou un revêtement d'électrode appliqué sur l'une ou les deux électrodes. US 2012/015232, US 2007/117025, US 2012/094184 décrivent des exemples de barrières de séparation. Batteries are commonly used as energy sources, especially in portable electronic devices (phones, computers, cameras and cameras), but also in electric vehicles. Among the batteries, mention may in particular be made of lithium-ion batteries. These batteries are generally composed of an electrolyte, an anode and a cathode, the two electrodes being physically separated from one another in order to avoid any short circuit. The separation barrier of the anode and the cathode is made with one or more separating elements, conventionally a separator, optionally coated with a separator coating, or an electrode coating applied to one or both electrodes. . US 2012/015232, US 2007/117025, US 2012/094184 describe examples of separation barriers.
La barrière de séparation doit présenter une perméabilité aux ions élevée, une bonne résistance mécanique, et une grande stabilité vis-à-vis des produits utilisés dans la batterie, en particulier Γ électrolyte. Le séparateur est en général constitué d'une ou de plusieurs couches de polymères, dont l'épaisseur totale est typiquement de quelques microns à quelques dizaines de microns. Une ou plusieurs des couches du séparateur peuvent également comprendre des particules d'un matériau inorganique, par exemple d'alumine ou de silice, comme décrit par exemple dans US 6,627,346. Ces particules inorganiques sont ajoutées soit en revêtement à la surface du séparateur, soit sous la forme de charge dans le polymère composant une ou plusieurs couches du séparateur afin notamment d'améliorer la tenue mécanique du séparateur dans des conditions de températures élevées (notamment dans le cas d'un emballement de la batterie) ou de chocs, notamment dans des batteries de large volume, composées par exemple de plusieurs cellules, ou nécessitant des densités d'énergie élevées. Cependant, quand le séparateur comprend de la silice, sa résistance à la corrosion par l'électrolyte peut être réduite, ce qui limite la durée de vie de la batterie lithium- ion. The separation barrier must have high ion permeability, good mechanical strength, and high stability with respect to the products used in the battery, particularly the electrolyte. The separator is generally composed of one or more polymer layers, the total thickness of which is typically from a few microns to a few tens of microns. One or more of the layers of the separator may also comprise particles of an inorganic material, for example alumina or silica, as described for example in US 6,627,346. These inorganic particles are added either in coating on the surface of the separator or in the form of filler in the polymer constituting one or more layers of the separator, in particular in order to improve the mechanical strength of the separator under conditions of high temperatures (especially in the case of a battery runaway) or shocks, especially in large volume batteries, composed for example of several cells, or requiring high energy densities. However, when the separator comprises silica, its resistance to corrosion by the electrolyte can be reduced, which limits the life of the lithium-ion battery.
Il existe donc un besoin pour une batterie lithium-ion comportant un élément de séparation comportant de la silice et présentant une durée de vie supérieure. Un objet de l'invention est de satisfaire, au moins partiellement, ce besoin. Résumé de l'invention There is therefore a need for a lithium-ion battery having a separation element comprising silica and having a longer life. An object of the invention is to satisfy, at least partially, this need. Summary of the invention
Selon l'invention, on atteint ce but par l'utilisation, pour la fabrication d'un élément de séparation d'une batterie lithium-ion, d'une poudre d'oxydes céramiques présentant l'analyse chimique suivante, en pourcentages sur la base de la masse des oxydes céramiques et pour un total de 100% : According to the invention, this object is achieved by the use, for the manufacture of a separation element of a lithium-ion battery, of a ceramic oxide powder having the following chemical analysis, in percentages on the basis of the mass of ceramic oxides and for a total of 100%:
Si02 > 85% Si0 2 > 85%
A1203 < 10% A1 2 0 3 <10%
Zr02 < 10% Zr0 2 <10%
autres oxydes céramiques < 5%. Ce procédé est remarquable en ce que ladite poudre d'oxydes présente une surface spécifique (de préférence mesurée par la méthode BET) inférieure à 40 m2/g et supérieure à 5 m2/g. other ceramic oxides <5%. This process is remarkable in that said oxide powder has a specific surface area (preferably measured by the BET method) of less than 40 m 2 / g and greater than 5 m 2 / g.
Comme on le verra plus en détail dans la suite de la description, les inventeurs ont découvert qu'une telle poudre d'oxydes améliore la résistance à la corrosion par l'électrolyte. De plus, ils ont observé qu'une telle poudre d'oxydes améliore l'aptitude à la dispersion des oxydes dans la charge de départ et à la mise en forme de l'élément de séparation, et en particulier du séparateur. As will be seen in more detail in the remainder of the description, the inventors have discovered that such an oxide powder improves the resistance to corrosion by the electrolyte. In addition, they have observed that such an oxide powder improves the dispersibility of the oxides in the starting charge and the shaping of the separating element, and in particular of the separator.
De préférence, la poudre d'oxydes comporte encore une, et de préférence plusieurs, des caractéristiques optionnelles suivantes : Preferably, the oxide powder also comprises one, and preferably several, of the following optional characteristics:
- La poudre d'oxydes présente de préférence une humidité, mesurée après séchage à 100°C pendant 4 heures, inférieure à 3%, inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1,5%, de préférence inférieure à 1%, de préférence inférieure à 0,8%, de préférence inférieure à The powder of oxides preferably has a humidity, measured after drying at 100 ° C. for 4 hours, less than 3%, less than 2%, preferably less than 1.5%, preferably less than 1%, of preferably less than 0.8%, preferably less than
0,5%), de préférence inférieure à 0,4%, voire inférieure à 0,3%, voire inférieure à 0,1%. Avantageusement, la résistance à la corrosion en est encore améliorée. 0.5%), preferably less than 0.4%, or even less than 0.3%, or even less than 0.1%. Advantageously, the corrosion resistance is further improved.
- La poudre d'oxydes présente une teneur en Si02 + A1203 + Zr02 supérieure à 90%, de préférence supérieure à 93%, de préférence supérieure à 95%, de préférence supérieure à 97%o, voire supérieure à 98%, en pourcentages sur la base de la masse des oxydes. The oxide powder has an SiO 2 + Al 2 O 3 + ZrO 2 content greater than 90%, preferably greater than 93%, preferably greater than 95%, preferably greater than 97% o, or even greater than 98%, in percentages based on the mass of the oxides.
- La poudre d'oxydes présente une teneur en Si02 supérieure à 87%, de préférence supérieure à 88%, voire supérieure à 89% et/ou inférieure à 99,8%, voire inférieure à 99%, voire inférieure à 98%>, voire inférieure à 95%, en pourcentages sur la base de la masse des oxydes. The oxide powder has an SiO 2 content greater than 87%, preferably greater than 88%, even greater than 89% and / or less than 99.8%, or even less than 99%, or even less than 98%, or even less than 95%, in percentages based on the mass of the oxides.
- La poudre d'oxydes présente une teneur en A1203 supérieure à 0,05 %, voire supérieure à 0,2%), voire supérieure à 0,5%>, voire supérieure à 1%, voire supérieure à 2%, voire supérieure à 3% et/ou inférieure à 8%, de préférence inférieure à 6%, voire inférieure àThe oxide powder has an A1 2 0 3 content greater than 0.05%, or even greater than 0.2%, even greater than 0.5%, or even greater than 1%, or even greater than 2%; , or even greater than 3% and / or less than 8%, preferably less than 6%, or even less than
5%o, en pourcentages sur la base de la masse des oxydes. 5% o, in percentages on the basis of the mass of the oxides.
- La poudre d'oxydes présente une teneur en Zr02 supérieure à 0,05%, voire supérieure à 0,5%), voire supérieure à 1%, voire supérieure à 2%, voire supérieure à 3%, voire supérieure à 4% et/ou inférieure à 8%, de préférence inférieure à 6%, en pourcentages sur la base de la masse des oxydes. - The oxide powder has a Zr0 2 content greater than 0.05% or even greater than 0.5%), or even greater than 1%, or even greater than 2%, or even greater than 3%, or even greater than 4 % and / or less than 8%, preferably less than 6%, in percentages based on the weight of the oxides.
- La poudre d'oxydes présente une teneur en « autres oxydes céramiques » inférieure à 4%, de préférence inférieure à 3%, de préférence inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1%), voire inférieure à 0,5%, voire inférieure à 0,1%, en pourcentages sur la base de la masse des oxydes.  The oxide powder has a content of "other ceramic oxides" of less than 4%, preferably less than 3%, preferably less than 2%, preferably less than 1%, or even less than 0.5%; or even less than 0.1%, in percentages based on the weight of the oxides.
- La somme Fe203 + Na20 + CaO + P205 représente plus de 80%, voire plus de 90% desdits « autres oxydes céramiques », en pourcentages sur la base de la masse des oxydes. The sum Fe 2 0 3 + Na 2 0 + CaO + P 2 0 5 represents more than 80% or even more than 90% of the said "other ceramic oxides", in percentages on the basis of the weight of the oxides.
- La poudre d'oxydes présente une teneur en Fe203 inférieure à 0,5%, de préférence inférieure à 0,3 %, de préférence inférieure à 0,2 voire inférieure à 0,1%, en pourcentages sur la base de la masse des oxydes. The oxide powder has a Fe 2 O 3 content of less than 0.5%, preferably less than 0.3%, preferably less than 0.2 or less than 0.1%, in percentages on the basis of of the mass of the oxides.
- La poudre d'oxydes présente une teneur en P205 inférieure à 0,5%, de préférence inférieure à 0,3 %, de préférence inférieure à 0,2 voire inférieure à 0,1%, en pourcentages sur la base de la masse des oxydes. - The oxide powder has a P 2 0 5 content of less than 0.5%, preferably less than 0.3%, preferably less than 0.2 or even less than 0.1%, in percentages on the basis of the mass of the oxides.
- La poudre d'oxydes présente une teneur en fer métallique inférieure à 0,1%, voire inférieure à 0,05%, voire inférieure à 0,01%, voire inférieure à 0,001%), en pourcentages sur la base de la masse de la poudre d'oxydes.  - The oxide powder has a metal iron content of less than 0.1%, or even less than 0.05%, or even less than 0.01%, or even less than 0.001%), in percentages on the basis of mass of the oxide powder.
- La poudre d'oxydes présente une teneur en carbone libre inférieure à 0,5%, de préférence inférieure à 0,1%, voire inférieure à 0,05%, en pourcentages massiques sur la base de la masse de la poudre d'oxydes.  The oxide powder has a free carbon content of less than 0.5%, preferably less than 0.1%, or even less than 0.05%, in percentages by weight on the basis of the mass of the powder of oxides.
- La poudre d'oxydes présente une teneur en carbure de silicium inférieure à 0,5%, de préférence inférieure à 0,1%, voire inférieure à 0,05%, voire inférieure à 0,01%, en pourcentages massiques sur la base de la masse de la poudre d'oxydes. La poudre d'oxydes présente une surface spécifique inférieure à 30 m2/g, de préférence inférieure à 20 m2/g, de préférence inférieure à 15 m2/g. - La poudre d'oxydes présente un indice de sphéricité supérieur à 0,8, de préférence supérieur à 0,85, voire supérieur à 0,9. Avantageusement, la mise en œuvre de ladite poudre en est améliorée. The oxide powder has a silicon carbide content of less than 0.5%, preferably less than 0.1%, or even less than 0.05%, or even less than 0.01%, in percentages by weight on the base of the mass of the oxide powder. The oxide powder has a specific surface area of less than 30 m 2 / g, preferably less than 20 m 2 / g, preferably less than 15 m 2 / g. The oxide powder has a sphericity index greater than 0.8, preferably greater than 0.85, or even greater than 0.9. Advantageously, the implementation of said powder is improved.
- Moins de 10%, de préférence moins de 5%, de préférence moins de 1%, en masse de la silice de ladite poudre d'oxydes est cristallisée, le complément se présentant sous une phase amorphe. Dans un mode de réalisation, la silice de ladite poudre d'oxydes est sensiblement en totalité sous une forme amorphe.  - Less than 10%, preferably less than 5%, preferably less than 1%, by weight of the silica of said oxide powder is crystallized, the complement being in an amorphous phase. In one embodiment, the silica of said oxide powder is substantially all in amorphous form.
- La densité relative de ladite poudre d'oxydes est supérieure à 98% de la densité absolue, voire supérieure à 99%, voire supérieure à 99,5% de la densité absolue.  - The relative density of said oxide powder is greater than 98% of the absolute density, or even greater than 99%, or even greater than 99.5% of the absolute density.
- La poudre d'oxydes présente un percentile D99i5 inférieur à 10 μιη, de préférence inférieur à 8 μιη, de préférence inférieur à 5 μιη, de préférence encore inférieur à 2μιη. - The oxide powder has a percentile D 9 9 i5 less than 10 μιη, preferably less than 8 μιη, preferably less than 5 μιη, more preferably less than 2μιη.
- La poudre d'oxydes présente un percentile D90 inférieur à 8 μιη, de préférence inférieur à 5 μιη, de préférence inférieur à 2 μιη, de préférence encore inférieur à 1 μιη. The oxide powder has a percentile D 90 of less than 8 μιη, preferably less than 5 μιη, preferably less than 2 μιη, more preferably less than 1 μιη.
- La poudre d'oxydes présente un percentile D50 inférieur à 2 μιη, de préférence inférieur à 1 μιη, de préférence inférieur à 0,8 μιη, de préférence inférieur à 0,5 μιη et de préférence supérieur à 0,05 μιη, de préférence supérieur à 0,1 μιη. The oxide powder has a percentile D 50 of less than 2 μιη, preferably less than 1 μιη, preferably less than 0.8 μιη, preferably less than 0.5 μιη and preferably greater than 0.05 μιη, preferably greater than 0.1 μιη.
- La poudre d'oxydes présente un rapport (D9o-Dio)/D50 inférieur à 10, voire inférieur à 5.- The oxide powder has a ratio (D9o-Dio) / D 50 less than 10, or even less than 5.
- La poudre d'oxydes présente une densité non tassée supérieure à 0,2 g/cm2 et/ou inférieure à 1 g/cm2. - The oxide powder has a loose density greater than 0.2 g / cm 2 and / or less than 1 g / cm 2 .
- Dans un mode de réalisation, la surface de la poudre d'oxydes est fonctionnalisée, par exemple pour rendre ladite poudre hydrophobe, ou améliorer sa dispersion dans le polymère, par exemple en utilisant un greffage à base de silane ou de siloxane ou d'hexamethyldisilazane.  In one embodiment, the surface of the oxide powder is functionalized, for example to render said powder hydrophobic, or to improve its dispersion in the polymer, for example by using a graft based on silane or siloxane or on hexamethyldisilazane.
L'élément de séparation peut être en particulier un séparateur et/ou un film de séparateur et/ou un revêtement de séparateur et/ou un revêtement d'électrode d'un dispositif selon l'invention, tel que décrit ci-après. The separating element may be in particular a separator and / or a separator film and / or a separator coating and / or an electrode coating of a device according to the invention, as described below.
L'invention concerne également un dispositif choisi parmi un séparateur, un film de séparateur faisant partie d'un séparateur constitué d'une superposition de plusieurs films, un séparateur revêtu d'un ou plusieurs revêtements de séparateur, une anode revêtue d'un revêtement d'électrode, et une cathode revêtue d'un revêtement d'électrode, The invention also relates to a device selected from a separator, a separator film forming part of a separator consisting of a superposition of several films, a separator coated with one or more separator coatings, an anode coated with a coating. electrode, and a cathode coated with an electrode coating,
- le séparateur (qu'il soit revêtu ou pas) ou le film de séparateur, et/ou  - the separator (whether coated or not) or the separator film, and / or
- le revêtement de séparateur et/ou  - the separator liner and / or
- le revêtement d'électrode (de manière générique « l'élément de séparation ») présentant, après calcination à 500°C pendant- the electrode coating (generically "the separating element") having, after calcination at 500 ° C.
2 heures, l'analyse chimique suivante, en pourcentages sur la base de la masse des oxydes céramiques et pour un total de 100% : 2 hours, the following chemical analysis, in percentages based on the mass of the ceramic oxides and for a total of 100%:
Si02 > 85% Si0 2 > 85%
A1203 < 10% A1 2 0 3 <10%
Zr02 <10% Zr0 2 <10%
autres oxydes céramiques < 5%,  other ceramic oxides <5%,
et étant remarquable en ce qu'il comporte des particules de ces oxydes et que la surface spécifique des particules de ces oxydes céramiques est inférieure à 40 m2/g et supérieure à 5 m2/g. and being remarkable in that it comprises particles of these oxides and that the specific surface area of the particles of these ceramic oxides is less than 40 m 2 / g and greater than 5 m 2 / g.
Un tel élément de séparation est qualifié d'élément de séparation « selon l'invention ». Such a separating element is described as a separation element "according to the invention".
L'invention concerne également une batterie lithium- ion comportant une anode et une cathode, globalement « les électrodes », et une barrière de séparation disposée entre l'anode et la cathode, ladite barrière de séparation comportant un séparateur éventuellement comportant plusieurs films de séparateur, et, optionnellement, un ou plusieurs revêtements appliqués sur le séparateur et/ou sur l'anode et/ou sur la cathode de manière à séparer l'anode et la cathode, au moins un élément de séparation choisi dans le groupe formé par ledit séparateur, ledit film de séparateur, et le ou les revêtements de séparateur et/ou d'électrode étant un élément de séparation selon l'invention. The invention also relates to a lithium-ion battery comprising an anode and a cathode, generally "the electrodes", and a separation barrier disposed between the anode and the cathode, said separation barrier comprising a separator optionally comprising several separator films. and, optionally, one or more coatings applied on the separator and / or on the anode and / or on the cathode so as to separate the anode and the cathode, at least one separation element selected from the group formed by said separator, said separator film, and the separator and / or electrode coating (s) being a separating element according to the invention.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une batterie lithium-ion comportant une anode, une cathode et une barrière de séparation entre l'anode et la cathode, la barrière de séparation comportant un séparateur, optionnellement, un ou plusieurs revêtements de séparateur appliqués sur le séparateur et optionnellement un ou plusieurs revêtements appliqués sur l'anode et/ou sur la cathode de manière à séparer l'anode et la cathode, au moins un élément de séparation choisi dans le groupe formé par le séparateur, un film dudit séparateur et le ou les revêtements de séparateur et/ou d'électrode étant selon l'invention. The invention also relates to a method of manufacturing a lithium-ion battery comprising an anode, a cathode and a separation barrier between the anode and the cathode, the separation barrier comprising a separator, optionally, one or more coatings. separator applied to the separator and optionally one or more coatings applied on the anode and / or on the cathode so as to separate the anode and the cathode, at least one separation element chosen from the group formed by the separator, a film said separator and the separator and / or electrode coating (s) being according to the invention.
Définitions Definitions
Par « taille d'une particule », on entend la taille d'une particule donnée classiquement par une caractérisation de distribution granulométrique réalisée avec un granulomètre laser. Le granulomètre laser utilisé ici est un Partica LA-950 de la société HORIBA.  By "particle size" is meant the size of a particle conventionally given by a particle size distribution characterization performed with a laser granulometer. The laser granulometer used here is a Partica LA-950 from the company HORIBA.
- Les percentiles ou « centiles » 10 (D10), 50 (D50), 90 (D90) et 99,5 (D99i5) sont les tailles de particules correspondant aux pourcentages, en masse, de 10 %, 50 %, 90 % et 99,5 % respectivement, sur la courbe de distribution granulométrique cumulée des tailles de particules de la poudre, les tailles de particules étant classées par ordre croissant. Par exemple, 10 %, en masse, des particules de la poudre ont une taille inférieure à D10 et 90 % des particules en masse ont une taille supérieure à D10. Les percentiles peuvent être déterminés à l'aide d'une distribution granulométrique réalisée à l'aide d'un granulomètre laser. The percentiles or "percentiles" 10 (D 10 ), 50 (D 50 ), 90 (D 90 ) and 99.5 (D 9 9 15 ) are the particle sizes corresponding to the percentages, by weight, of 10%, 50%, 90% and 99.5%, respectively, on the cumulative particle size distribution curve of the powder particle sizes, the particle sizes being ranked in ascending order. For example, 10% by weight of the particles of the powder have a size less than D 10 and 90% of the particles in mass have a size greater than D 10 . Percentiles can be determined using a particle size distribution using a laser granulometer.
On appelle « taille maximale des particules d'une poudre », le percentile 99,5 (D99i5) de ladite poudre. The "maximum particle size of a powder" is the 99.5 percentile (D 9 9 15 ) of said powder.
L'indice de sphéricité d'une poudre de particules est l'indice de sphéricité moyen des particules de ladite poudre (moyenne arithmétique), l'indice de sphéricité d'une particule étant égal au rapport entre son plus petit diamètre et son plus grand diamètre. Toutes les méthodes de mesure connus peuvent être envisagées, et notamment la granulométrie laser ou une observation de clichés photographiques de la poudre.  The sphericity index of a particle powder is the average sphericity index of the particles of said powder (arithmetic mean), the sphericity index of a particle being equal to the ratio between its smaller diameter and its larger diameter. All the known measurement methods can be envisaged, and in particular the laser particle size or an observation of photographic photos of the powder.
La « densité non tassée » d'une poudre d'oxydes peut être mesurée après avoir rempli de cette poudre un volume défini, sans tasser ladite poudre, en divisant la masse versée par ledit volume.  The "unpacked density" of an oxide powder can be measured after having filled a defined volume of this powder, without compacting said powder, by dividing the mass poured by said volume.
Sauf indication contraire, une moyenne est une moyenne arithmétique.  Unless otherwise indicated, an average is an arithmetic mean.
- Sauf indication contraire, tous les pourcentages relatifs à la composition d'un élément de séparation sont des pourcentages en masse sur la base des oxydes céramiques, après calcination à 500°C pendant 2 heures, de manière à éliminer les constituants organiques.  - Unless otherwise indicated, all percentages relating to the composition of a separating element are percentages by mass on the basis of the ceramic oxides, after calcination at 500 ° C for 2 hours, so as to eliminate the organic constituents.
Brève description des figures Brief description of the figures
D'autres objets, aspects, propriétés et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lumière de la description et des exemples qui suivent et à l'examen du dessin annexé dans lequel la figure 1 représente, en coupe transversale, une partie d'une batterie selon l'invention équipée d'une barrière de séparation entre les électrodes (en l'occurrence sous la forme d'un séparateur). Other objects, aspects, properties and advantages of the present invention will become apparent in the light of the description and examples which follow and on examining the appended drawing in which FIG. 1 represents, in cross section, a portion of a battery according to the invention equipped with a separation barrier between the electrodes (in this case in the form of a separator).
Description détaillée detailed description
La figure 1 représente une partie d'une batterie 2, constituée d'une barrière de séparation 4, d'une anode 6, d'un collecteur de courant 12 au niveau de l'anode, d'une cathode 8 et d'un collecteur de courant 10 au niveau de la cathode. L'anode 6, la cathode 8 et la barrière de séparation 4 baignent dans l'électrolyte, les collecteurs de courant 10 et 12 étant en contact avec l'électrolyte. L'anode 6 et la cathode 8 constituent les électrodes. FIG. 1 represents a portion of a battery 2 constituted by a separation barrier 4, an anode 6, a current collector 12 at the anode, a cathode 8 and a current collector 10 at the cathode. The anode 6, the cathode 8 and the separation barrier 4 are immersed in the electrolyte, the current collectors 10 and 12 being in contact with the electrolyte. The anode 6 and the cathode 8 constitute the electrodes.
Le matériau utilisé comme matériau d'anode est de préférence choisi parmi le graphite, un titanate, de préférence un titanate de lithium, ou un composé à base de silicium choisi parmi, Si, SiOx, avec 0 < x < 2, ledit composé à base de silicium pouvant éventuellement être mélangé à un composé carboné, comme par exemple le graphite. Le matériau utilisé comme matériau de cathode est de préférence choisi parmi LiCo02, LiMn02,The material used as anode material is preferably selected from graphite, a titanate, preferably a lithium titanate, or a silicon-based compound selected from, Si, SiO x , with 0 <x <2, said compound based on silicon which may optionally be mixed with a carbon compound, such as for example graphite. The material used as cathode material is preferably selected from LiCoO 2 , LiMnO 2 ,
LiMn204, LiFeP04, LiNi02, ces matériaux pouvant optionnellement comporter un ou plusieurs dopants, comme dans LiMno^Feo^PC ou Li i/3Mni/3Coi/302. LiMn 2 0 4, LiFeP0 4, LiNi0 2, these materials may optionally contain one or more dopants, such as LiMnO ^ PC ^ Feo or Li i / 3 Mni / 3 Coi / 2 0 3.
L'électrolyte est de préférence une solution comportant un solvant organique à base de carbonates, d'esters et/ou d'éthers, le solvant étant de préférence choisi parmi le carbonate d'éthylène, le carbonate de propylène, le carbonate de butylène, et le carbonate de di-éthyle, solvant dans lequel est dissous un composé de préférence choisi parmi LiFP6, LiBF4, LiC104, LiCF3S03, Li (S02CF3)2, Li (S02C2F5)2, LiAlCl4, LiBOB, et leurs mélanges. The electrolyte is preferably a solution comprising an organic solvent based on carbonates, esters and / or ethers, the solvent preferably being chosen from ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate, and diethyl carbonate, solvent in which is dissolved a compound preferably selected from LiFP 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (SO 2 CF 3 ) 2 , Li (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiAlCl 4 , LiBOB, and mixtures thereof.
La barrière de séparation 4 est constituée d'un séparateur, et, optionnellement, The separation barrier 4 consists of a separator and, optionally,
- d'un revêtement de séparateur s'étendant sur l'une ou les deux grandes faces du séparateur, de préférence en la (les) recouvrant totalement, et/ou  - a separator coating extending over one or both large faces of the separator, preferably in (the) covering completely, and / or
d'un revêtement d'électrode s'étendant sur l'une ou les deux électrodes, de préférence en la (les) recouvrant totalement.  an electrode coating extending over one or both of the electrodes, preferably the fully covering one or both of them.
Selon l'invention, au moins un élément de séparation, c'est-à-dire un élément choisi parmi le séparateur (ou un film de séparateur), les revêtements de séparateur et les revêtements d'électrode, de préférence tous les éléments de séparation constituant la barrière de séparation, présente(nt), après calcination : According to the invention, at least one separating element, that is to say one element chosen from the separator (or a separator film), the separator coatings and the electrode coatings, preferably all the elements of the separator. separation constituting the barrier of separation, present (s), after calcination:
une composition telle que, en pourcentages sur la base de la masse des oxydes céramiques et pour un total de 100% : a composition such that, in percentages on the basis of the weight of the ceramic oxides and for a total of 100%:
Si02 > 85% Si0 2 > 85%
A1203 < 10% A1 2 0 3 <10%
Zr02 <10% Zr0 2 <10%
Autres oxydes céramiques < 5%,  Other ceramic oxides <5%,
une surface spécifique des particules de ces oxydes inférieure à 40 m2/g et supérieure à 5 m2/g. La surface spécifique des particules de ces oxydes peut être facilement évaluée en mesurant, suivant la méthode BET (Brunauer Emmet Teller) telle que décrite dans Journal of American Chemical Society 60 (1938), pages 309 à 316, la surface spécifique de la poudre utilisée comme matière première. Les procédés connus de fabrication dudit élément de séparation ne modifie pas en effet sensiblement la forme des particules d'oxydes lorsqu'elles sont assemblées pour former ledit élément. a specific surface area of the particles of these oxides of less than 40 m 2 / g and greater than 5 m 2 / g. The specific surface area of the particles of these oxides can be easily evaluated by measuring, according to the BET method (Brunauer Emmet Teller) as described in Journal of American Chemical Society 60 (1938), pages 309 to 316, the specific surface area of the powder used. as raw material. The known methods for producing said separating element do not substantially modify the shape of the oxide particles when they are assembled to form said element.
La grande majorité des poudres commercialisées présentant une analyse chimique conforme à celle de la poudre utilisée selon l'invention et présentant une surface spécifique inférieure à 40 m2/g et supérieure à 5 m2/g présentent une humidité inférieure à 3% après séchage à 100°C pendant 4 heures. Par ailleurs, l'homme du métier sait comment réduire cette humidité, notamment à une valeur inférieure à 3%. Un traitement thermique sous air à une température comprise entre 400°C et 500°C, avec un temps de maintien à cette température supérieur à 2 heures, est un des moyens permettant de diminuer l'humidité de la poudre d'oxydes. Un autre moyen consiste à faire subir à la poudre d'oxydes un traitement thermique sous vide, à une pression inférieure à 10"1 Pa, à une température comprise entre 110°C et 300°C, pendant un temps typiquement égal à 5 heures. The vast majority of commercially available powders having a chemical analysis in accordance with that of the powder used according to the invention and having a specific surface area of less than 40 m 2 / g and greater than 5 m 2 / g have a moisture content of less than 3% after drying. at 100 ° C for 4 hours. Moreover, the person skilled in the art knows how to reduce this humidity, in particular to a value of less than 3%. A heat treatment under air at a temperature of between 400 ° C. and 500 ° C., with a holding time at this temperature greater than 2 hours, is one of the means making it possible to reduce the humidity of the oxide powder. Another means consists in subjecting the oxide powder to a heat treatment in a vacuum, at a pressure of less than 10 -1 Pa, at a temperature of between 110 ° C. and 300 ° C., for a period of typically 5 hours. .
L'humidité peut être mesurée comme décrit dans les exemples. Moisture can be measured as described in the examples.
La porosité ouverte de l'élément de séparation, en particulier lorsque l'élément de séparation est un séparateur, est de préférence supérieure à 20%, de préférence supérieur à 30%, de préférence supérieure à 40%>, de préférence supérieure à 50%> et inférieure à 90%>, de préférence inférieure à 80%), de préférence inférieure à 70%> du volume dudit élément de séparation. The open porosity of the separating element, in particular when the separating element is a separator, is preferably greater than 20%, preferably greater than 30%, preferably greater than 40%, preferably greater than 50%. %> and less than 90%>, preferably less than 80%), preferably less than 70%> of the volume of said separating element.
De manière générale, un élément de séparation selon l'invention peut en particulier être fabriqué suivant un procédé selon lequel In general, a separating element according to the invention may in particular be manufactured according to a process according to which
A) on prépare une charge de départ en y ajoutant une poudre d'oxydes telle que définie ci- dessus,  A) a feedstock is prepared by adding an oxide powder as defined above,
B) on met en forme ladite charge de départ de manière à former ledit élément de séparation.  B) said starting charge is shaped to form said separating member.
La charge de départ comporte de préférence plus de 0,1 %, de préférence plus de 1%, de préférence plus de 5%, de préférence plus de 10%>, de préférence plus de 20%>, voire plus de 40%> et moins de 90%>, voire moins de 80%>, voire moins de 70%> de ladite poudre d'oxydes, en pourcentage massique sur la base de ladite charge de départ. The starting charge preferably comprises more than 0.1%, preferably more than 1%, preferably more than 5%, preferably more than 10%, preferably more than 20%, and more than 40%. and less than 90%, or even less than 80%, or even less than 70%, of said oxide powder, in weight percent based on said feedstock.
La poudre d'oxydes peut être agglomérée, par exemple sous la forme de granules, afin de favoriser son introduction dans la charge de départ. The oxide powder may be agglomerated, for example in the form of granules, to promote its introduction into the feedstock.
La charge de départ, en particulier la charge de départ entrant dans la fabrication d'un séparateur et/ou d'un film de séparateur, comporte de préférence un polymère. Le polymère est de préférence choisi dans le groupe formé par les poly-acrylonitriles, les polyamides, les polyesters, les celluloses, et leurs mélanges, de préférence choisi dans le groupe formé le polyéthylène téréphtalate, les fluoropolymères et les polyoléfmes et leurs mélanges, de préférence choisi dans le groupe formé les polytéréphtalates d'éthylène, les polytétrafluoroéthylènes (ou PTFE), les polyfluorures de vinylidène (ou PVDF), les polypropylènes, les polyéthylènes, les polyoxypropylènes, et leurs mélanges The feedstock, in particular the feedstock used in the manufacture of a separator and / or a separator film, preferably comprises a polymer. The polymer is preferably selected from the group consisting of polyacrylonitriles, polyamides, polyesters, celluloses, and mixtures thereof, preferably selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, fluoropolymers and polyolefins and mixtures thereof, preferably selected from the group consisting of polyethylene terephthalates, polytetrafluoroethylenes (or PTFE), polyvinylidene fluorides (or PVDF), polypropylenes, polyethylenes, polyoxypropylenes, and mixtures thereof
Un séparateur peut être fabriqué selon toute technique connue de l'état de la technique, comme par exemple tel que décrit dans US 6,627,346 ou dans JP2000208123. En particulier, le séparateur peut être fabriqué à l'aide d'un procédé comportant les étapes suivantes : A separator can be manufactured according to any known technique of the state of the art, for example as described in US 6,627,346 or JP2000208123. In particular, the separator can be manufactured using a method comprising the following steps:
a) préparation d'une suspension par mélange de polymères, optionnellement d'additifs pour générer la porosité, comme par exemple une huile et d'une poudre d'oxydes ;  a) preparing a suspension by mixing polymers, optionally additives for generating the porosity, such as an oil and an oxide powder;
b) extrusion de la suspension de manière à former un film, à une température supérieure à la température de fusion du polymère, en général supérieure de 20°C à 60°C à ladite température ;  b) extruding the slurry to form a film at a temperature above the melting temperature of the polymer, generally greater than 20 ° C to 60 ° C at said temperature;
c) de préférence, traitement thermique du film extrudé de manière à augmenter la cristallinité et l'orientation du polymère ;  c) preferably, heat treating the extruded film so as to increase the crystallinity and orientation of the polymer;
d) création de la porosité dans ledit film extrudé, et éventuellement traitement thermique ; e) optionnellement, séchage du film poreux obtenu.  d) creating the porosity in said extruded film, and optionally heat treatment; e) optionally, drying the porous film obtained.
A l'étape c), la température de traitement thermique est fonction de la nature du polymère utilisé. Par exemple, pour un film de polypropylène, un traitement thermique à une température comprise entre 110°C et 160°C et appliquée pendant une durée comprise entre 3 secondes et 200 secondes est bien adapté. In step c), the heat treatment temperature is a function of the nature of the polymer used. For example, for a polypropylene film, heat treatment at a temperature between 110 ° C and 160 ° C and applied for a time of between 3 seconds and 200 seconds is well suited.
A l'étape d), la porosité peut résulter, par exemple, d'une extraction ou d'une élimination de l'additif. D'autres méthodes, par exemple un étirement (« film stretching method » en anglais) sont également réalisables. In step d), the porosity may result, for example, from an extraction or removal of the additive. Other methods, for example a stretching method ("film stretching method" in English) are also possible.
Le séparateur peut être constitué de plusieurs films poreux superposés ainsi fabriqués. Ces films peuvent être préparés de manière indépendante et pressés à chaud. Le nombre de films peut être typiquement compris entre 1 et 5. Par exemple il peut comporter trois films superposés. The separator may consist of several superimposed porous films thus manufactured. These films can be prepared independently and hot-pressed. The number of films may typically be between 1 and 5. For example it may comprise three superimposed films.
De préférence, le séparateur comporte un film de séparateur selon l'invention qui s'étend sensiblement au centre dudit séparateur, en particulier suivant un plan médian dudit séparateur. Preferably, the separator comprises a separator film according to the invention which extends substantially in the center of said separator, in particular along a median plane of said separator.
Le séparateur présente de préférence une épaisseur supérieure à 5 μιη et inférieure à 100 μιη, voire inférieure à 50 μιη, voire inférieure à 30 μιη, voire inférieure à 20 μιη. The separator preferably has a thickness greater than 5 μιη and less than 100 μιη, or even less than 50 μιη, or even less than 30 μιη, or even less than 20 μιη.
Dans un mode de réalisation préféré, la silice est répartie sensiblement uniformément dans le volume dudit séparateur. In a preferred embodiment, the silica is distributed substantially uniformly in the volume of said separator.
Un revêtement de séparateur peut être fabriqué et appliqué sur le séparateur selon toute technique connue de l'état de la technique. En particulier, un revêtement de séparateur peut être fabriqué à l'aide d'un procédé comportant les étapes suivantes : A separator coating may be manufactured and applied to the separator according to any known prior art technique. In particular, a separator coating may be manufactured using a method comprising the following steps:
i- préparation d'une barbotine comportant la poudre d'oxydes, un solvant et un liant, ii- dépôt de ladite barbotine à la surface du séparateur, selon toutes techniques connues de l'homme du métier, par exemple la sérigraphie, le procédé « Doctor Blade », le coulage en bande, ou le coulage en barbotine, en anglais « slip casting », avec une épaisseur de dépôt généralement comprise entre 1 et 560 μιη, de préférence comprise entre 2 et 10 μιη, iii- séchage. i- preparation of a slurry comprising the oxide powder, a solvent and a binder, ii- depositing said slip on the surface of the separator, according to all techniques known to those skilled in the art, for example screen printing, the "Doctor Blade" process, the strip casting, or slip casting, in English "slip" casting ", with a deposit thickness generally between 1 and 560 μιη, preferably between 2 and 10 μιη, iiii- drying.
A l'étape i, le liant utilisé peut être notamment une résine, un ester, comme un ester d'acrylate de poly-éthyle, un poly-acétate de vinyle, un polyéthylène, un polypropylène, ou un fluoropolymère tel que le polyfluorure de vinylidène (PVDF). In step i, the binder used may be in particular a resin, an ester, such as a polyethyl acrylate ester, a polyvinyl acetate, a polyethylene, a polypropylene, or a fluoropolymer such as polyfluoride. vinylidene (PVDF).
Le solvant peut être par exemple de l'eau, du N-méthyl-2-pyrrolidone (ou NMP), de l'acétone, du xylène, ou du chloroforme. The solvent may be, for example, water, N-methyl-2-pyrrolidone (or NMP), acetone, xylene, or chloroform.
La barbotine peut également contenir des agents permettant d'ajuster la viscosité, en fonction du procédé de dépôt mis en œuvre. Dans un mode de réalisation, la barbotine ne contient pas de tels agents. The slip may also contain agents for adjusting the viscosity, depending on the deposition process used. In one embodiment, the slip does not contain such agents.
Le revêtement de séparateur présente de préférence une épaisseur supérieure à Ι μιη, voire supérieure ou égale à 3μιη voire supérieure ou égale à 5μιη et inférieure à 15μιη, voire inférieure à ΙΟμιη, voire inférieure à 8μιη. The separator coating preferably has a thickness greater than Ι μιη, or even greater than or equal to 3μιη or even greater than or equal to 5μιη and less than 15μιη, or even less than ΙΟμιη, or even less than 8μιη.
Dans un mode de réalisation, le séparateur, de préférence selon l'invention, comporte des première et deuxième grandes faces recouvertes par des premier et deuxième revêtements de séparateur selon l'invention, respectivement. Un procédé identique à celui décrit ci-dessus pour la fabrication d'un revêtement de séparateur peut être utilisé pour fabriquer et revêtir l'une ou les deux électrodes d'un revêtement d'électrode. In one embodiment, the separator, preferably according to the invention, comprises first and second major faces covered by first and second separator coatings according to the invention, respectively. A method identical to that described above for the manufacture of a separator coating may be used to fabricate and coat one or both electrodes with an electrode coating.
Le revêtement d'électrode présente une épaisseur supérieure à Ι μιη, voire supérieure à 3μιη, voire supérieure à 5μιη et de préférence inférieure à 15μιη, voire inférieure à ΙΟμιη, voire inférieure à 8μιη. The electrode coating has a thickness greater than Ι μιη, or even greater than 3μιη, or even greater than 5μιη and preferably less than 15μιη, or even less than ΙΟμιη, or even less than 8μιη.
Selon l'invention, la poudre d'oxydes, très majoritairement constituée de particules de silice, présente une surface spécifique inférieure à 40 m2/g et supérieure à 5 m2/g According to the invention, the oxide powder, consisting for the most part of silica particles, has a specific surface area of less than 40 m 2 / g and greater than 5 m 2 / g
De telles poudres sont par exemple commercialisées par Saint-Gobain sous le nom de NS-950 et NS-980. D'autres poudres de silice peuvent être adaptées, par exemple les poudres de silice issues de l'industrie du silicium. Such powders are for example marketed by Saint-Gobain under the name of NS-950 and NS-980. Other silica powders can be adapted, for example silica powders from the silicon industry.
Exemples Examples
Les exemples suivants sont fournis à des fins illustratives et ne limitent pas l'invention. L'analyse chimique a été effectuée sur une poudre calcinée 4 heures à 1000°C, par fluorescence X en ce qui concerne les constituants dont la teneur est supérieure à 0,5 %, la teneur des constituants présents en une quantité inférieure à 0,5 % a été déterminée par AES-ICP (« Atomic Emission Spectoscopy-Inductively Coupled Plasma » en anglais). The following examples are provided for illustrative purposes and do not limit the invention. The chemical analysis was carried out on a powder calcined for 4 hours at 1000 ° C., by X-ray fluorescence with regard to the constituents whose content is greater than 0.5%, the content of the constituents present in an amount of less than 0, 5% was determined by AES-ICP ("Atomic Emission Spectoscopy-Inductively Coupled Plasma").
La mesure de la taille des particules des poudres et des percentiles 10, 50, 90 et 99,5 a été effectuée à l'aide d'un granulomètre laser Partica LA-950 de la société HORIBA. Measurement of the particle size of the powders and the 10, 50, 90 and 99.5 percentiles was carried out using a Partica LA-950 laser particle size analyzer from the company HORIBA.
La surface spécifique d'une poudre a été calculée par la méthode BET (Brunauer Emmet Teller) telle que décrite dans Journal of American Chemical Society 60 (1938), pages 309 à 316. L'humidité d'une poudre a été déterminée par la méthode suivante : on pèse une masse mi d'échantillon et on la place dans une coupelle pendant 4 heures à l'étuve. Après ce laps de temps, la coupelle est sortie de l'étuve et placée dans un dessiccateur, contenant par exemple un gel de silice, afin que la température de la poudre contenue dans la coupelle diminue. La masse m2 de l'échantillon après séchage est déterminée, au plus tard dans les 30 minutes qui suivent sa sortie de l'étuve. On calcule ensuite l'humidité de la poudre comme étant égale à 100.(mi-m2)/mi . The specific surface of a powder was calculated by the BET method (Brunauer Emmet Teller) as described in Journal of American Chemical Society 60 (1938), pages 309 to 316. The moisture of a powder was determined by the following method: we weigh a mass of sample and placed in a cup for 4 hours in the oven. After this time, the cup is removed from the oven and placed in a desiccator, containing for example a silica gel, so that the temperature of the powder contained in the cup decreases. The mass m 2 of the sample after drying is determined, at the latest within 30 minutes after leaving the oven. The moisture content of the powder is then calculated to be 100. (mi-m 2 ) / mi.
La résistance à la corrosion a été mesurée par la méthode suivante : La poudre à tester est préalablement séchée dans une étuve pendant 2 jours à 110°C. 3 grammes de ladite poudre sont ensuite introduits dans un récipient en téflon. The corrosion resistance was measured by the following method: The powder to be tested is pre-dried in an oven for 2 days at 110 ° C. 3 grams of said powder are then introduced into a Teflon container.
Sous boîte à gant sous argon, la préparation de l'électrolyte qui servira à corroder la poudre est effectuée de la manière suivante : Under an argon glove box, the preparation of the electrolyte which will be used to corrode the powder is carried out as follows:
- 25 g de Hexafluorophosphate de lithium LiFP6 (« >99,99% Battery grade », commercialisé par Sigma-Aldrich) (LiFP6 est un électrolyte couramment utilisé dans les batteries lithium-ion), 25 g of lithium hexafluorophosphate LiFP 6 ("> 99.99% Battery grade, marketed by Sigma-Aldrich) (LiFP 6 is an electrolyte commonly used in lithium-ion batteries),
- 109 g de carbonate d'éthylène et  109 g of ethylene carbonate and
- 88,2 g de diméthyle carbonate  - 88.2 g of dimethyl carbonate
sont introduits dans un flacon en aluminium de contenance égale à 300 ml. Ce mélange est agité pendant 12 heures. are introduced into an aluminum flask with a capacity of 300 ml. This mixture is stirred for 12 hours.
Toujours sous boite à gants, on introduit 15g dudit mélange dans le récipient en téflon contenant la poudre à tester. Le récipient en téflon est refermé et placé dans une étuve à 75°C pendant 14 jours pour simuler les conditions extrêmes d'une batterie. Always in a glove box, 15g of said mixture is introduced into the Teflon container containing the powder to be tested. The Teflon container is closed and placed in an oven at 75 ° C for 14 days to simulate the extreme conditions of a battery.
A l'issue de ces 14 jours, on récupère l'échantillon et on sépare la phase liquide de la phase solide par simple transvasement. Ensuite, on filtre la phase liquide sur un filtre à 0,45 μιη pour retirer les poudres fines de l'électrolyte. On récupère ensuite 2mL de ce filtrat que l'on place dans une fiole de 50ml avec également 2ml d'acide chlorhydrique (en solution à 30% en masse) pour le dosage à l'ICP. L'électrolyte est également passé en mesure ICP pour servir de blanc à la mesure. At the end of these 14 days, the sample is recovered and the liquid phase is separated from the solid phase by simple transfer. Then, the liquid phase is filtered through a 0.45 μιη filter to remove the fine powders from the electrolyte. 2mL of this filtrate is then recovered which is placed in a 50ml flask with also 2ml of hydrochloric acid (in solution at 30% by mass) for the ICP assay. The electrolyte is also passed in ICP measurement to serve as blank to the measurement.
La gamme de calibration de l'ICP est faite entre 0 et 200ppm. L'élément Si est dosé pour chacune des poudres testées. Plus la quantité de silicium retrouvée dans l'électrolyte est faible, plus la poudre testée présente une résistance importante audit électrolyte. The calibration range of the ICP is between 0 and 200ppm. The Si element is dosed for each of the powders tested. The smaller the amount of silicon found in the electrolyte, the more resistance the test powder has to the electrolyte.
L'indice de sphéricité a été déterminé à partir de clichés de la poudre obtenus à l'aide d'un microscope électronique à balayage. Les indices de sphéricité d'au moins 500 particules ont été déterminés, puis la moyenne arithmétique desdits indices a été calculée afin de déterminer l'indice de sphéricité de la poudre. The sphericity index was determined from powder images obtained using a scanning electron microscope. The sphericity indices of at least 500 particles were determined, then the arithmetic mean of said indices was calculated to determine the sphericity index of the powder.
Les poudres suivantes ont été testées : The following powders were tested:
- La poudre de l'exemple 1 comparatif est une poudre utilisée dans les séparateurs de l'état de la technique. Il s'agit d'une poudre Aérosil 200 fabriquée par la société Dégussa. The powder of Comparative Example 1 is a powder used in the separators of the state of the art. It is an Aerosil 200 powder manufactured by the company Dégussa.
- La poudre de l'exemple 2 comparatif est une poudre utilisée dans les séparateurs de l'état de la technique. Il s'agit d'une poudre Cabosil CT-1111G fabriquée par la société Cabot.The powder of Comparative Example 2 is a powder used in the separators of the state of the art. This is a Cabosil CT-1111G powder manufactured by Cabot.
- La poudre de l'exemple 3, destinée à être utilisée dans un élément de séparation selon l'invention, est une poudre NS-950, commercialisée par la société Saint-Gobain, The powder of Example 3, intended to be used in a separating element according to the invention, is an NS-950 powder, sold by Saint-Gobain,
- La poudre de l'exemple 4, destinée à être utilisée dans un élément de séparation selon l'invention, est une poudre NS-980, commercialisée par la société Saint-Gobain.  The powder of Example 4, intended to be used in a separating element according to the invention, is a NS-980 powder, sold by Saint-Gobain.
Le tableau 1 suivant résume les propriétés des poudres testées : The following Table 1 summarizes the properties of the powders tested:
Tableau 1 Les quantités d'élément silicium mesurées dans l'électrolyte après les essais de résistance à la corrosion par l'électrolyte figurent dans le tableau 2 suivant : Table 1 The amounts of silicon element measured in the electrolyte after the corrosion resistance tests by the electrolyte are shown in Table 2 below:
Tableau 2  Table 2
Comme le montrent les résultats du tableau 2, les poudres de silice des exemples 3 et 4, utilisées dans les éléments de séparation selon l'invention, présentent, de manière surprenante, une résistance à la corrosion dans l'électrolyte LiFP6 bien supérieure à celle des poudres de silice des exemples 1 et 2, utilisées dans les éléments de séparation de l'état de la technique. La poudre de silice selon l'exemple 3 est la poudre préférée d'entre toutes. As shown by the results in Table 2, the silica powders of Examples 3 and 4, used in the separating elements according to the invention, surprisingly exhibit a corrosion resistance in the LiFP 6 electrolyte which is much greater than that of the silica powders of Examples 1 and 2 used in the separation elements of the state of the art. The silica powder according to Example 3 is the most preferred powder of all.
Comme cela apparaît clairement à présent, l'invention fournit ainsi un moyen pour améliorer la résistance d'un élément de séparation d'une batterie lithium-ion à la corrosion par l'électrolyte, ce qui permet d'améliorer la stabilité dans le temps et les performances de la batterie. Les poudres d'oxydes selon l'invention utilisées présentent également une capacité à la réhydratation inférieure par rapport à celle des poudres de silice de l'état de la technique (silice pyrogénée, silice précipitée). Cette capacité à la réhydratation inférieure limite ainsi la dégradation de l'électrolyte, la formation d'acide fluorhydrique et la génération de gaz dans la batterie, et donc concourt à l'augmentation de la durée de vie de la batterie. La capacité à la réhydratation est l'opposé de la différence d'humidité entre une poudre d'oxydes séchée à 100°C pendant 4 heures et la même poudre d'oxydes après traitement pendant 96 heures dans un air à 35°C et 80% d'humidité. As is now clear, the invention thus provides a means for improving the resistance of a separation member of a lithium-ion battery to corrosion by the electrolyte, thereby improving stability over time. and the performance of the battery. The oxide powders according to the invention used also have a lower rehydration capacity compared to that of the silica powders of the state of the art (fumed silica, precipitated silica). This ability to lower rehydration thus limits the degradation of the electrolyte, the formation of hydrofluoric acid and the generation of gas in the battery, and thus contributes to increasing the battery life. The ability to rehydrate is the opposite of the difference in moisture between a powder of oxides dried at 100 ° C for 4 hours and the same oxide powder after treatment for 96 hours in air at 35 ° C and 80 ° C. % humidity.
La capacité à la réhydratation des poudres des exemples figure dans le tableau 3 suivant : The ability to rehydrate the powders of the examples is shown in Table 3 below:
Tableau 3 Par ailleurs, les poudres d'oxydes selon l'invention utilisées présentent une coulabilité supérieure à celle des poudres de silice de l'état de la technique (silice pyrogénée, silice précipitée). Cette coulabilité supérieure améliore la manipulation et la dispersibilité, et par la même la mise en œuvre de ces poudres. Enfin, de manière surprenante, l'utilisation de poudres selon l'invention présentant un indice de sphéricité supérieur à 0,8 conduit avantageusement à une répartition plus homogène des particules desdites poudres dans le polymère du séparateur. Table 3 Furthermore, the oxide powders according to the invention used have a greater flowability than the silica powders of the state of the art (fumed silica, precipitated silica). This superior flowability improves the handling and dispersibility, and by the same the implementation of these powders. Finally, surprisingly, the use of powders according to the invention having a sphericity index greater than 0.8 advantageously leads to a more homogeneous distribution of the particles of said powders in the polymer of the separator.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits fournis à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs. Of course, the present invention is not limited to the described embodiments provided by way of illustrative and non-limiting examples.

Claims

REVENDICATIONS
Utilisation, pour la fabrication d'un élément de séparation d'une batterie lithium-ion, d'une poudre d'oxydes céramiques présentant l'analyse chimique suivante, en pourcentages sur la base de la masse des oxydes céramiques et pour un total de 100% : Use, for the manufacture of a separating element of a lithium-ion battery, of a ceramic oxide powder having the following chemical analysis, in percentages on the basis of the mass of the ceramic oxides and for a total of 100%:
Si02 > 85% Si0 2 > 85%
A1203 < 10% A1 2 0 3 <10%
Zr02 < 10% Zr0 2 <10%
autres oxydes céramiques < 5%,  other ceramic oxides <5%,
ladite poudre d'oxydes céramiques présentant une surface spécifique inférieure à 40 m2/g et supérieure à 5 m2/g, said ceramic oxide powder having a specific surface area of less than 40 m 2 / g and greater than 5 m 2 / g,
ladite poudre d'oxydes présentant un indice de sphéricité supérieur à 0,8. said oxide powder having a sphericity index greater than 0.8.
Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle ladite surface spécifique est inférieure à 30 m2/g. Use according to the preceding claim, wherein said specific surface area is less than 30 m 2 / g.
Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle ladite surface spécifique est inférieure à 15 m2/g. Use according to the preceding claim, wherein said specific surface area is less than 15 m 2 / g.
Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite poudre d'oxydes présente une humidité, mesurée après séchage à 100°C pendant 4 heures, inférieure à 3%. Use according to any one of the preceding claims, wherein said oxide powder has a humidity, measured after drying at 100 ° C for 4 hours, of less than 3%.
Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle ladite humidité est inférieure à 2%. Use according to the preceding claim, wherein said moisture is less than 2%.
Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle ladite humidité est inférieure à 1%. Use according to the preceding claim, wherein said moisture is less than 1%.
Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle ladite humidité est inférieure à 0,1%. Use according to the preceding claim, wherein said moisture is less than 0.1%.
Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la poudre d'oxydes présente Use according to any one of the preceding claims, wherein the oxide powder has
- une teneur en Si02 + A1203 + Zr02 supérieure à 90%>, et/ou a content of SiO 2 + Al 2 O 3 + ZrO 2 greater than 90%>, and / or
- une teneur en Si02 supérieure à 87%, et/ou - une teneur en AI2O3 supérieure à 0,2% et inférieure à 8%, et/ou an Si0 2 content greater than 87%, and / or an AI 2 O 3 content greater than 0.2% and less than 8%, and / or
- une teneur en Zr02 supérieure à 1% et inférieure à 8%, et/ou - a Zr0 2 content greater than 1% and less than 8%, and / or
- une teneur en « autres oxydes céramiques » inférieure à 4%.  - a content of "other ceramic oxides" of less than 4%.
9. Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle la poudre d'oxydes présente9. Use according to the preceding claim, wherein the oxide powder has
- une teneur en Si02 + AI2O3 + Zr02 supérieure à 95%, et/ou a content of SiO 2 + Al 2 O 3 + ZrO 2 greater than 95%, and / or
- une teneur en Si02 supérieure à 89%, et/ou an Si0 2 content greater than 89%, and / or
- une teneur en AI2O3 supérieure à 2% et inférieure à 6%, et/ou - an AI 2 O 3 content greater than 2% and less than 6%, and / or
- une teneur en Zr02 supérieure à 3% et inférieure à 6%, et/ou - a Zr0 2 content greater than 3% and less than 6%, and / or
- une teneur en « autres oxydes céramiques » inférieure à 2%.  - a content of "other ceramic oxides" of less than 2%.
10 10
11. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle moins de 10%) en masse de la silice de ladite poudre d'oxydes est cristallisée. Use according to any one of the preceding claims, wherein less than 10% by weight of the silica of said oxide powder is crystallized.
12. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la poudre d'oxydes présente une distribution granulométrique telle que12. Use according to any one of the preceding claims, wherein the oxide powder has a particle size distribution such that
- D90 < 8 μιη, et/ou - D 90 <8 μιη, and / or
- D50 < 2 μιη, et/ou - D 50 <2 μιη, and / or
- (D9o-D10)/D5o < 10. - (D 9 oD 10 ) / D 5 o <10.
Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle la poudre d'oxydes présente distribution granulométrique telle queUse according to the preceding claim, in which the oxide powder has a particle size distribution such that
- D90 < 2 μιη, et/ou - D 90 <2 μιη, and / or
- D50 < 0,5 μιη, et/ou - D 50 <0.5 μιη, and / or
- (D9o-D10)/D5o < 5. 14. Batterie Lithium- ion comportant un élément de séparation obtenu par un procédé de fabrication mettant en œuvre une utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes. - (D 9 OD 10 ) / D 5 o 5. Lithium ion battery comprising a separation element obtained by a manufacturing method implementing a use according to any one of the preceding claims.
15. Batterie selon la revendication précédente, dans laquelle l'élément de séparation est choisi parmi un séparateur, un film de séparateur faisant partie d'un séparateur constitué d'une superposition de plusieurs films, un séparateur revêtu d'un ou plusieurs revêtements de séparateur, et un revêtement d'électrode. 15. Battery according to the preceding claim, wherein the separating element is chosen from a separator, a separator film forming part of a separator consisting of a superposition of several films, a separator coated with one or more coatings. separator, and an electrode coating.
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