EP4154330A1 - Cellule de batterie comprenant des mousses d'électrolytes solides poreuses particulières - Google Patents

Cellule de batterie comprenant des mousses d'électrolytes solides poreuses particulières

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EP4154330A1
EP4154330A1 EP21725148.7A EP21725148A EP4154330A1 EP 4154330 A1 EP4154330 A1 EP 4154330A1 EP 21725148 A EP21725148 A EP 21725148A EP 4154330 A1 EP4154330 A1 EP 4154330A1
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EP
European Patent Office
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foam
negative electrode
positive electrode
electrode
separator
Prior art date
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Pending
Application number
EP21725148.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Besnard
Victor CHAUDOY
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Ampere SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • TITLE Battery cell comprising special porous solid electrolyte foams
  • the present invention relates to the field of all-solid-state batteries. More particularly, the present invention relates to an all-solid battery cell comprising at least one positive electrode and at least one negative electrode, each of the two electrodes comprising a polymer foam of porous solid electrolyte.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing such a battery cell
  • the batteries comprise one or more positive electrodes, one or more negative electrodes, a separator, an anode current collector and a cathode current collector.
  • ionic transport at the electrode scale occurs through the network formed by the solid electrolyte (polymer, polymer + lithium salt, inorganic, polymer + inorganic hybrid).
  • this network is percolated, forming ionic conduction paths through the entire volume of the electrode, to ensure the transport of ions to or from all the particles of active material. .
  • the all-solid battery application complicates the dispersion of constituents because the electrolyte is added directly in the electrode shaping process.
  • the solid electrolyte In the positive electrode (called the cathode), the solid electrolyte is called the ionically conductive cathode material.
  • the solid electrolyte In the negative electrode (called anode), the solid electrolyte is called the ionically conductive anode material.
  • an electrically insulating but ionic conductor separator At the interface between the two electrodes is an electrically insulating but ionic conductor separator. In the case of a solid electrolyte battery, it is a preferentially non-porous film. It appears that the interfaces ionic conductive material for cathode / separator and ionic conductive material for anode / separator are critical. Indeed, resistance can be observed at the level of these interfaces. The resistance of these interfaces can limit ion transport and therefore battery performance, but also represent a critical area of mechanical weakness for durability.
  • Patent EP 2 099 087 describes a method of filling a porous solid electrolyte with a precursor of active materials of an electrode via an immersion process.
  • the solution of active electrode materials includes phosphate or oxide derivatives, dispersed in a solvent. After the structure is soaked, drying at temperature evaporates the solvent, leaving the materials in the electrolyte structure.
  • the porous solid electrolyte thus consists of oxides or phosphates. This method makes it possible to produce all-solid cells.
  • EP 2 099 087 focuses on the method of filling a porous structure with a solid electrolyte, that is to say the manufacture of a single electrode.
  • patent EP 2 099 087 does not take into account the interface between the three-dimensional structure of the electrode and the separator film. This interface, if it is too resistive, will represent a barrier to the transport of ionic species. This interface resistance depends in particular on the materials used as ionic conductive material for cathode, ionic conductive material for anode and separator film. The nature of the materials and the assembly process can influence this interface. No mention of these aspects appears in patent EP 2 099 087. Now a solution, if it can be valid on the scale of the electrode, may not be compatible with a complete battery cell, and a complete battery. .
  • patent EP 2 099 087 describes solid ceramic electrolytes.
  • the electrodes mentioned are in particular chosen from the so-called “LLT” electrodes (LÎ3xLa2 / 3 -xTi03, with 0 ⁇ x ⁇ 2/3), or “LAMP” (Lii + xAl x M2-x (P04) 3, with 0 ⁇ x ⁇ 1, M being a tetravalent transition metal like Ge, Ti, Zr).
  • Said electrodes may also be a structure based on gamet aluminum or of gamet type containing lithium, lanthanum, zirconia and oxygen.
  • a battery cell comprising a particular positive electrode, a particular negative electrode and a separator, allows no resistance to the interfaces while ensuring good ionic transport throughout the battery.
  • the subject of the invention is therefore a battery cell comprising at least one positive electrode, at least one negative electrode and at least one separator, said positive electrode comprising:
  • porous solid electrolyte polymer foam for a positive electrode said foam for a positive electrode comprising at least one lithium salt
  • said negative electrode comprising:
  • a porous solid electrolyte polymer foam for negative electrode said foam for negative electrode comprising at least one lithium salt, and a material for a negative electrode, being located in the pores of said foam for a negative electrode.
  • Another object of the invention is a battery comprising at least one battery cell according to the invention.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a battery cell according to the invention.
  • temperature drying within the meaning of the present invention, is understood to mean heating (which therefore has a drying function) at a temperature above ambient temperature (and at atmospheric pressure), in particular heating. at a temperature above 25 ° C.
  • the battery cell according to the invention comprises at least one positive electrode, at least one negative electrode and at least one separator.
  • the separator is generally a polymer film.
  • the assembly formed by said positive electrode, said negative electrode and said separator is in the form of a one-piece structure.
  • the term "monobloc structure” is understood to mean a single structure, that is to say a structure in which there is no physical interface between positive electrode / separator and negative electrode / separator.
  • the characterization of such a structure can be done by scanning electron microscopy on a section of the sample, by measurement of conductivity / resistivity. For example, a one-piece structure can be observed in case no demarcation between the three layers. In this case, there is no resistance linked to this interface and no capacitive phenomenon.
  • the positive electrode comprises a porous solid electrolyte polymer foam for the positive electrode
  • the negative electrode comprises a porous solid electrolyte polymer foam for the negative electrode
  • said foam for positive electrode and said foam for negative electrode are of the same chemical nature, that is to say that said polymer used in the foam for positive electrode, and said polymer used in the foam for negative electrode belong to the same family of materials.
  • the positive electrode foam comprises poly (ethylene oxide).
  • the foam for a positive electrode further comprises poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene).
  • the negative electrode foam comprises poly (ethylene oxide).
  • the foam for a negative electrode further comprises poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene).
  • the positive electrode foam and the negative electrode foam are the same and both comprise poly (ethylene oxide).
  • the positive electrode foam and the negative electrode foam are the same and both include poly (ethylene oxide) and poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene).
  • the polymeric foam for positive electrode and the polymeric foam for negative electrode each comprise at least one lithium salt.
  • the lithium salt is chosen from lithium (bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), lithium hexafluorophosphate (Li PFr) and their mixtures.
  • the lithium salt included in the polymer foam for a positive electrode and the lithium salt included in the polymer foam for a negative electrode are identical.
  • the separator is a polymer film comprising poly (ethylene oxide).
  • the separator further comprises a polymer binder chosen from poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene).
  • the separator further comprises at least one lithium salt, preferably chosen from lithium (bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), lithium hexafluorophosphate (Li PFr > ) and their mixtures.
  • LiTFSI bis (trifluoromethanesulfonyl) imide
  • LiFSI lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • Li PFr > lithium hexafluorophosphate
  • said polymer foam for positive electrode, said polymer foam for negative electrode and the separator are of the same chemical nature, that is to say that said polymer used in the polymer foam for positive electrode, said polymer used in polymer foam for negative electrode and the polymer used in the separator belong to the same family of materials.
  • the positive electrode foam, the negative electrode foam and the polymer film of the separator all three comprise poly (ethylene oxide) and poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropy 1 ene).
  • the positive electrode comprises a porous solid electrolyte polymer foam for a positive electrode, and a material for a positive electrode, being located in the pores of said foam for a positive electrode
  • the negative electrode comprises a foam.
  • Said foams are therefore porous structures, and serve as host structures in which the electrode materials are incorporated.
  • Said foams are three-dimensional structures.
  • the design of the foams can be chosen depending on the intended application or the nature of the active materials for the electrode.
  • pores may be larger or smaller depending on the size of the active material.
  • pores having a diameter greater than 10 ⁇ m can be chosen.
  • pores having a smaller diameter (sub-micrometric) can be chosen to ensure a good connection of the different elements between them.
  • a pore size distribution in the electrode can also be envisaged.
  • a first embodiment may be one in which pores have a similar diameter throughout the volume of the electrodes, both in the entire volume of the positive electrode and in the entire volume of the negative electrode.
  • a second embodiment may be one in which pores, located on the separator side, have a small diameter, and pores, located on the current collector side, have a larger diameter.
  • the pores have an increasing diameter from the separator towards the current collector.
  • a third embodiment may be one in which pores, located on the current collector side, have a small diameter and pores, located on the separator side, have a larger diameter.
  • the pores have an increasing diameter from the current collector to the separator.
  • the pores are interconnected with each other, thus forming a network to ensure good ionic transport, said network crossing the entire volume of the electrodes.
  • the polymer foam for a positive electrode or for a negative electrode has a porosity ranging from 40 to 90%.
  • the quantification of the porosity can be done by measuring the physical properties of the samples (thickness measurement and weighing) associated with the volume density of the material considered, by pycnometry, or by other methods, such as ray tomography. X-ray or focused ion beam scanning electron microscopy tomography.
  • the polymer foam for a positive electrode or for a negative electrode has a thickness ranging from 50 to 1000 micrometers.
  • the diameter of the pores of the polymer foam for a positive electrode or for a negative electrode ranges from 10 to 100 micrometers.
  • the material for the negative electrode comprises at least one active material.
  • the material for the negative electrode is chosen from graphites, pure silicones, oxides and composites, and titanates.
  • said material for a negative electrode further comprises at least one electronically conductive compound.
  • the electronically conductive compound is chosen from carbon black, acetylene black, carbon nanotubes, graphenes, graphite platelets, and mixtures thereof.
  • the material for the positive electrode comprises at least one active material.
  • the material for the positive electrode is chosen from oxides of transition metals and phosphates.
  • the LiFePCL material is used.
  • said material for a positive electrode further comprises at least one electronically conductive compound.
  • the electronically conductive compound is chosen from carbon black, acetylene black, carbon nanotubes, graphenes, graphite platelets, and mixtures thereof.
  • the current collector for the positive electrode is made of aluminum and the current collector for the negative electrode is made of copper.
  • a corrosion protection and electrical resistance reduction layer can be applied to the current collector.
  • This layer consists of at least one polymeric binder and at least one electronically conductive compound.
  • the materials of this layer are preferably identical to those used in the electrodes.
  • the negative electrode has a thickness ranging from 50 to 1000 micrometers.
  • the negative electrode has a porosity of less than 20%, preferably less than 10%.
  • the negative electrode comprises from 40 to 75% by volume (or from 50 to 85% by weight) of active material for negative electrode, preferably from 50 to 70% by volume (or from 60 to 80% by volume). mass), more preferably from 55 to 65% by volume (or from 65 to 75% by mass) relative to the total volume (to the total mass) of the electrode.
  • the negative electrode comprises from 20 to 55% by volume (or from 15 to 40% by mass) of polymer foam for negative electrode, preferably from 25 to 45% by volume (or from 15 to 30% by mass) , more preferably from 30 to 40% by volume (or from 20 to 30% by mass) relative to the total volume (to the total mass) of the electrode.
  • the negative electrode comprises from 0 to 5% by volume (or from 0 to 5% by weight) of polymer binder, preferably from 1 to 4% by volume (or from 1 to 4% by volume). mass), more preferably from 2 to 4% by volume (or from 2 to 4% by mass) relative to the total volume (to the total mass) of the electrode.
  • the negative electrode comprises from 0 to 5% by volume (or from 0 to 5% by mass) of electronically conductive compound, preferably from 1 to 4% by volume (or from 1 to 4% by mass), more preferably from 2 to 4% by volume (or from 2 to 4% by mass) relative to the total volume (to the total mass) of the electrode.
  • Another object of the invention is a battery comprising at least one cell according to the invention.
  • a subject of the invention is also a method of manufacturing a battery cell according to the invention, comprising the following steps: a) manufacturing the separator; b) producing a first mixture comprising at least one porosity-creating agent, at least one polymer, at least one lithium salt and at least one solvent; c) coating said first mixture on a first face of said separator, said coating being followed by temperature drying to obtain a first electrode foam, being the negative electrode or positive electrode foam, forming with the separator a single structure; d) producing a second mixture comprising at least one porosity-creating agent, at least one polymer, at least one lithium salt and at least one solvent; e) coating said second mixture on a second face of the separator, said coating being followed by temperature drying to obtain a second electrode foam, being the negative electrode foam if the positive electrode foam was manufactured during the production.
  • the first mixture and the second mixture are identical.
  • the porosity-creating agent is chosen from glycerin, isopropanol, dibutylphthalate and their mixtures.
  • the polymer of said first mixture and / or of said second mixture may (may) comprise poly (ethylene oxide).
  • the first mixture and / or the second mixture may (may) further comprise poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene).
  • the same polymer (s) and the same lithium salt (s) are used in the separator, the first mixture and the second mixture.
  • the temperature drying is carried out at a temperature ranging from 105 to 135 ° C, preferably ranging from 110 to 130 ° C, optionally under vacuum.
  • the temperature drying is carried out at a temperature ranging from 90 to 110 ° C.
  • the current collector for the negative electrode and the current collector for the positive electrode are installed.
  • FIG 1 is a schematic view of one embodiment of a battery cell according to the invention.
  • FIG 2 is a schematic view of another embodiment of a battery cell according to the invention.
  • FIG 3 is a schematic view of another embodiment of a battery cell according to the invention.
  • FIG 4 is a schematic view of a structure comprising in particular porous polymer foams.
  • FIG. 1 shows a structure comprising in particular a polymer foam for a positive electrode and a polymer foam for a negative electrode.
  • the battery cell according to the invention 1 comprises a positive electrode 2, a negative electrode 3 and a separator 4.
  • the positive electrode 2 comprises a porous solid electrolyte polymer foam for positive electrode 5, and a material for positive electrode 6, said material 6 being located in the pores 7 of said foam for positive electrode.
  • the negative electrode 3 comprises a porous solid electrolyte polymer foam for negative electrode 8, and a material for negative electrode 9, being located in the pores 10 of said negative electrode foam.
  • the foam 5 is connected to the current collector 11, which is an aluminum current collector.
  • the foam 8 is connected to the current collector 12, which is a copper current collector.
  • pores 7 and 10 have a similar diameter throughout the volume of the positive electrode and throughout the volume of the negative electrode, respectively.
  • the distribution of the pores is such that the pores 7 and 10, located on the side of the current collector, have a small diameter and the pores 7 and 10, located on the side of the current collector. side of the separator, have a larger diameter.
  • the pores 7 and 10 have an increasing diameter from the current collector to the separator.
  • the distribution of the pores is such that the pores 7 and 10, located on the side of the separator, have a small diameter, and the pores 7 and 10, located on the side of the separator. side of the current collector, have a larger diameter.
  • the pores 7 and 10 have an increasing diameter from the separator towards the current collector.
  • the battery cell according to the invention 1 can be prepared according to an example of a manufacturing process as described below.
  • the separator 4 is first manufactured. It is preferably a non-porous polymer film 4.
  • Poly (ethylene oxide) (PEO), a polymer binder, poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVdF-HFP), and at least one lithium salt (selected from LiTFSI, LiFSI, LiPFr, and their mixtures) are dissolved in a solvent, being chosen from dimethylformamide (DMF), acetonitrile and their mixture.
  • a solvent being chosen from dimethylformamide (DMF), acetonitrile and their mixture.
  • the PVdF-HFP content can range from 5 to 50% by mass relative to the mass of the PEO.
  • the lithium salt content can range from 5 to 20% by mass relative to the PEO.
  • the polymer (PEO + PVdF-HFP) / solvent mass ratio is preferably set at 1: 4.
  • Degassing of the solution is then carried out by magnetic stirring under vacuum.
  • the film is then coated with a scraper or nozzle system. Then, temperature drying is carried out at a temperature which may range from 60 to 130 ° C., optionally under vacuum, in order to evaporate the solvent.
  • the film thickness is then refined by calendering.
  • a preferably non-porous film 4 is obtained. It is used as a separator between the two electrodes 2 and 3, with its function of electrical insulator and ionic conductor.
  • a foam 5 or a foam 8 is then made on the separator 4 made in the previous step.
  • a porosity-creating agent as indicated above, can be used. This is a liquid called a non-solvent which, when removed, leaves a network of porosity in the sample.
  • a so-called “star polymer” PEO is used. This polymer is from the same family of materials as the PEO of the separator film 4.
  • a mass content of 40% by mass of “star polymer” PEO can be used. This content can achieve a porosity close to 80%. Then, PVdF-HFP is used. Its use makes it possible to promote mechanical strength.
  • the PVdF-HFP powder, PEO and at least one lithium salt (chosen from LiTFSI, LiFSI, LiPFr, and their mixtures) are dissolved in a mixture of DMF (solvent) and glycerin (non-solvent). Mixing is done by magnetic stirring at 80 ° C for 10h. A degassing step by magnetic stirring under vacuum is then carried out.
  • Drying at temperature at 120 ° C for 12 hours is then carried out, allowing the evaporation of the solvent and the non-solvent.
  • the structure is then fixed, and the first electrolyte foam for negative electrode or positive electrode is formed. It can therefore be foam 5 or foam 8.
  • a polymer foam for negative electrode or for positive electrode is then manufactured (foam 5 or foam 8) on the unique structure obtained at the end of the previous step.
  • the foam 8 is made. If the foam 8 was made in the previous step, then the foam 5 is made.
  • the entire protocol used in the previous step is repeated, but the step of coating the second mixture comprising at least one porosity-creating agent, at least one polymer, at least one lithium salt and at least one lithium salt. minus one solvent, is carried out on the second face of the separator 4.
  • the assembly formed by the foam 5, the foam 8 and the separator 4 forms a one-piece structure.
  • the pores 7 and 10 of the foams 5 and 8 are empty, as illustrated in FIG. 4 which then represents a structure 1a.
  • the filling of the pores 7 and 10 is effected by impregnating a mixture comprising a material for a positive electrode, the material 6, with respect to the foam 5, and by impregnating a mixture comprising a material for a negative electrode, the material 9, as regards the foam 8.
  • Said mixtures comprising the materials 6 and 9 may be in the form of an ink.
  • the foams 5 and 8 can be soaked in a bath of said inks.
  • the ink seeps into pores 7 and 10 of foams 5 and 8.
  • Impregnation can also be carried out by coating with a scraper or nozzle system.
  • This impregnation is followed by temperature drying at a temperature ranging from 90 to 110 ° C, optionally under vacuum, which allows the mixture to dry and fix it in the foam.
  • the current collector for the negative electrode and the current collector for the positive electrode are installed.
  • the aluminum current collector 11 is connected to the foam 5.
  • the copper current collector 12 is connected to the foam 8.
  • the anode and cathode current collectors can have a carbon or carbon coating mixed with PEO / poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) to improve the interface with the active material and the polymer foam .

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Abstract

La présente invention concerne une cellule de de batterie (1) comprenant au moins une électrode positive (2), au moins une électrode négative (3) et au moins un séparateur (4), ladite électrode négative (2) comprenant; une mousse polymère d'électrolyte solide poreuse pour électrode positive (5), ladite mousse pour électrode positive (5) comprenant au moins un sel de lithium, et un matériau pour électrode positive (6), étant situé dans les pores (7) de ladite mousse pour électrode positive (5), ladite électrode négative (3) comprenant; une mousse polymère d'électrolyte solide poreuse pour électrode négative (8), ladite mousse pour électrode négative (8) comprenant au moins un sel de lithium, et un matériau pour électrode négative (9), étant situé dans les pores (10) de ladite mousse pour électrode négative (8).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Cellule de batterie comprenant des mousses d’électrolytes solides poreuses particulières
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine des batteries tout solide. Plus particulièrement, la présente invention concerne une cellule de batterie tout solide comprenant au moins une électrode positive et au moins une électrode négative, chacune des deux électrodes comprenant une mousse polymère d’électrolyte solide poreuse.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’une telle cellule de batterie
Techniques antérieures
De manière classique, les batteries comprennent une ou plusieurs électrodes positives, une ou plusieurs électrodes négatives, un séparateur, un collecteur de courant anodique et un collecteur de courant cathodique.
Les performances d’une batterie sont tributaires des propriétés de transports ionique et électronique. Dans le cas d’une batterie tout solide, le transport ionique à l’échelle de l’électrode se fait à travers le réseau formé par l’électrolyte solide (polymère, polymère + sel de lithium, inorganique, hybride polymère + inorganique). Pour qu’une telle batterie soit en état de fonctionner, ce réseau est percolé, formant des chemins de conduction ionique à travers tout le volume de l’électrode, pour assurer le transport des ions vers ou depuis l’ensemble des particules de matériau actif.
De plus, une grande densité d’énergie est visée à l’échelle de la cellule, nécessitant des électrodes épaisses comportant une plus grande quantité de matériaux.
Une des difficultés rencontrées est d’assurer une bonne distribution de l’électrolyte solide dans le mélange d’électrode. La qualité de cette distribution est d’autant plus difficile que l’électrode est épaisse.
Par ailleurs, l’application batterie tout solide complexifie la dispersion des constituants car l’électrolyte est ajouté directement dans le process de mise en forme des électrodes. Dans l’électrode positive (appelée cathode), l’électrolyte solide est appelé matériau conducteur ionique pour cathode. Dans l’électrode négative (appelée anode), l’électrolyte solide est appelé matériau conducteur ionique pour anode.
Une mauvaise distribution de l’électrolyte entraîne une diminution de l’énergie disponible et des performances en puissance, liées au transport ionique dans tout le volume d’électrode (approvisionnement et collecte des espèces ioniques) et au processus de transfert de charge (insertion/désinsertion des ions dans les matériaux actifs des électrodes positive et négative).
Enfin, à l’interface entre les deux électrodes se trouve un séparateur isolant électrique mais conducteur ionique. Dans le cas d’une batterie à électrolyte solide, il s’agit d’un film préférentiellement non poreux. Il apparaît que les interfaces matériau conducteur ionique pour cathode/séparateur et matériau conducteur ionique pour anode/séparateur sont critiques. En effet, une résistance peut être constatée au niveau de ces interfaces. La résistance de ces interfaces peut limiter le transport ionique et donc les performances de la batterie, mais également représenter une zone de faiblesse mécanique critique pour la durabilité.
Le brevet EP 2 099 087 décrit une méthode de remplissage d’un électrolyte solide poreux par un précurseur de matériaux actifs d’une électrode via un procédé d’immersion.
La solution de matériaux actifs d’électrode comprend des dérivés phosphates ou oxydes, dispersés dans un solvant. Une fois la structure imbibée, un séchage en température permet d’évaporer le solvant, laissant les matériaux dans la structure d’électrolyte. L’électrolyte solide poreux est ainsi constitué d’oxydes ou de phosphates. Cette méthode permet de réaliser des cellules tout solide.
Le brevet EP 2 099 087 se concentre sur la méthode de remplissage d’une structure poreuse d’électrolyte solide, c’est-à-dire la fabrication d’une électrode seule.
En revanche, il ne prend pas en compte l’environnement de l’électrode, une fois la batterie assemblée. L’intérêt d’une telle structure d’électrolyte est d’assurer la percolation du réseau de transport ionique afin d’assurer une distribution tri dimensionnelle des espèces ioniques lors des processus de charge et de décharge, et ce dans toute la structure de la batterie.
Cependant, le brevet se restreint à l’échelle de l’électrode avec le processus de transfert de charge et la distribution des ions dans le volume de cette même électrode.
Ainsi, le brevet EP 2 099 087 ne prend pas en compte l’interface entre la structure tri-dimensionnelle de l’électrode et le film séparateur. Cette interface, si elle est trop résistive, va représenter une barrière au transport des espèces ioniques. Cette résistance d’interface dépend notamment des matériaux utilisés comme matériau conducteur ionique pour cathode, matériau conducteur ionique pour anode et film séparateur. La nature des matériaux et le procédé d’assemblage peuvent influer sur cette interface. Aucune mention de ces aspects n’ apparaît dans le brevet EP 2 099 087. Or une solution, si elle peut être valable à l’échelle de l’électrode, peut ne pas être compatible avec une cellule de batterie complète, et une batterie complète.
Par ailleurs, dans le brevet EP 2 099 087 et comme indiqué ci-dessus, seuls des oxydes et des phosphates sont mentionnés dans les matériaux actifs d’électrode compatibles.
De plus, le brevet EP 2 099 087 décrit des électrolytes solides céramiques. Les électrodes citées sont notamment choisies parmi les électrodes dites « LLT » (LÎ3xLa2/3-xTi03, avec 0 < x < 2/3), ou « LAMP » (Lii+xAlxM2-x(P04)3, avec 0 < x < 1, M étant un métal de transition tétravalent comme Ge, Ti, Zr). Lesdites électrodes peuvent être également une structure à base d’aluminium gamet ou de type gamet contenant du lithium, du lanthane, de la zircone et de l’oxygène.
Ces différentes électrodes citées dans le brevet EP 2 099 087 ne sont pas complètement satisfaisantes, notamment parce que le réseau de transport ionique comporte des interfaces solide/solide pouvant représenter des résistances importantes. De plus, les céramiques demandent des méthodes de mise en forme beaucoup plus longues que les matériaux polymères.
Il existe donc un besoin de développer de nouvelles cellules de batterie comprenant des électrolytes solides permettant de surmonter les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Exposé de l’invention
Il a été découvert qu’une cellule de batterie, comprenant une électrode positive particulière, une électrode négative particulière et un séparateur, permet de ne pas présenter de résistance aux interfaces tout en assurant un bon transport ionique dans toute la batterie.
L’invention a donc pour objet une cellule de batterie comprenant au moins une électrode positive, au moins une électrode négative et au moins un séparateur, ladite électrode positive comprenant :
- une mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode positive, ladite mousse pour électrode positive comprenant au moins un sel de lithium, et
- un matériau pour électrode positive, étant situé dans les pores de ladite mousse pour électrode positive, ladite électrode négative comprenant :
- une mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode négative, ladite mousse pour électrode négative comprenant au moins un sel de lithium, et - un matériau pour électrode négative, étant situé dans les pores de ladite mousse pour électrode négative.
Un autre objet de l’invention est une batterie comprenant au moins une cellule de batterie selon l’invention.
L’invention porte également sur un procédé de fabrication d’une cellule de batterie selon l’invention.
Il est précisé que l’expression « de... à... » utilisée dans la présente description de l’invention doit s’entendre comme incluant chacune des bornes mentionnées.
Il est précisé également que, dans la suite, les expressions telles que « mousse pour électrode positive », « mousse polymère pour électrode positive » sont équivalentes à l’expression « mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode positive ».
De même, dans la suite, les expressions telles que « mousse pour électrode négative », « mousse polymère pour électrode négative » sont équivalentes à l’expression « mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode négative ».
Par ailleurs, il est entendu par « séchage en température », au sens de la présente invention, un chauffage (qui a donc une fonction de séchage) à une température supérieure à la température ambiante (et à pression atmosphérique), en particulier un chauffage à une température supérieure à 25°C.
Comme indiqué ci-avant, la cellule de batterie selon l’invention comprend au moins une électrode positive, au moins une électrode négative et au moins un séparateur.
Le séparateur est, de manière générale, un film polymère.
De manière préférée, l’ensemble formé par ladite électrode positive, ladite électrode négative et ledit séparateur, se présente sous la forme d’une structure monobloc.
On entend par « structure monobloc », au sens de la présente invention, une structure unique, c’est-à-dire une structure dans laquelle il n’y a pas d’interface physique électrode positive/séparateur et électrode négative/séparateur.
La caractérisation d’une telle structure peut se faire par microscopie électronique à balayage sur une coupe de l’échantillon, par mesure de conductivité/résistivité. Par exemple, une structure monobloc peut être observée en cas d’absence de démarcation entre les trois couches. Dans ce cas, il n’y a pas de résistance liée à cette interface et pas de phénomène capacitif.
Comme indiqué précédemment, l’électrode positive comprend une mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode positive, et l’électrode négative comprend une mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode négative.
Avantageusement, ladite mousse pour électrode positive et ladite mousse pour électrode négative sont de même nature chimique, c’est-à-dire que ledit polymère employé dans la mousse pour électrode positive, et ledit polymère employé dans la mousse pour électrode négative appartiennent à la même famille de matériaux.
De manière préférée, la mousse pour électrode positive comprend du poly(oxyde d’éthylène).
Avantageusement, la mousse pour électrode positive comprend en outre du poly(fluorure de vinylidène-co-hexafluoropropylène).
Préférentiellement, la mousse pour électrode négative comprend du poly(oxyde d’éthylène).
Selon un mode de réalisation particulier, la mousse pour électrode négative comprend en outre du poly(fluorure de vinylidène-co-hexafluoropropylène).
De manière particulièrement préférée, la mousse pour électrode positive et la mousse pour électrode négative sont identiques et comprennent toutes deux du poly(oxyde d’éthylène).
De manière tout à fait particulière, la mousse pour électrode positive et la mousse pour électrode négative sont identiques et comprennent toutes deux du poly(oxyde d’éthylène) et du poly(fluorure de vinylidène-co-hexafluoropropylène).
Comme indiqué précédemment, la mousse polymère pour électrode positive et la mousse polymère pour électrode négative comprennent chacune au moins un sel de lithium.
Avantageusement, le sel de lithium est choisi parmi le (bis(trifluoromethanesulfonyl)imide de lithium (LiTFSI), le bis(fluorosulfonyl)imide de lithium (LiFSI), l’hexafluorophosphate de lithium (Li PFr ) et leurs mélanges.
De manière préférée, le sel de lithium compris dans la mousse polymère pour électrode positive et le sel de lithium compris dans la mousse polymère pour électrode négative sont identiques.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, le séparateur est un film polymère comprenant du poly(oxyde d’éthylène). Avantageusement, le séparateur comprend en outre un liant polymère choisi parmi le poly(fluorure de vinylidène-co-hexafluoropropylène).
De manière préférée, le séparateur comprend en outre au moins un sel de lithium, de préférence choisi parmi le (bis(trifluoromethanesulfonyl)imide de lithium (LiTFSI), le bis(fluorosulfonyl)imide de lithium (LiFSI), Fhexafluorophosphate de lithium (Li PFr>) et leurs mélanges.
De manière préférée, ladite mousse polymère pour électrode positive, ladite mousse polymère pour électrode négative et le séparateur sont de même nature chimique, c’est-à-dire que ledit polymère employé dans la mousse polymère pour électrode positive, ledit polymère employé dans la mousse polymère pour électrode négative et le polymère employé dans le séparateur appartiennent à la même famille de matériaux.
De manière particulièrement préférée, la mousse pour électrode positive, la mousse pour électrode négative et le film polymère du séparateur comprennent tous les trois du poly(oxyde d’éthylène) et du poly(fluorure de vinylidène-co- hexafluoropropy 1 ène) .
Comme indiqué ci-avant, l’électrode positive comprend une mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode positive, et un matériau pour électrode positive, étant situé dans les pores de ladite mousse pour électrode positive, et l’électrode négative comprend une mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode négative, et un matériau pour électrode négative, étant situé dans les pores de ladite mousse pour électrode négative.
Lesdites mousses sont donc des structures poreuses, et servent de structures hôtes dans lesquelles les matériaux pour électrode sont incorporés.
Lesdites mousses sont des structures tridimensionnelles.
Le design des mousses peut être choisi en fonction de l’application envisagée ou de la nature des matériaux actifs pour électrode.
Ainsi, une distribution homogène de pores peut être préférée, c’ est-dire une distribution dans laquelle les pores présentent tous un diamètre similaire, lesdits pores pouvant être plus ou moins gros en fonction de la taille du matériau actif.
Pour un matériau micrométrique, des pores présentant un diamètre supérieur à 10 pm peuvent être choisis. Pour un matériau nanométrique, des pores présentant un diamètre plus petit (sub-micrométriques) peuvent être choisis pour assurer une bonne connexion des différents éléments entre eux. Une distribution en taille de pores dans l’électrode peut être également envisageable.
Un premier mode de réalisation peut être un mode dans lequel des pores présentent un diamètre similaire dans tout le volume des électrodes, à la fois dans tout le volume de l’électrode positive et dans tout le volume de l’électrode négative.
Un deuxième mode de réalisation peut être un mode dans lequel des pores, situés du côté du séparateur, présentent un petit diamètre, et des pores, situés du côté du collecteur de courant, présentent un diamètre plus élevé. Dans ce mode de réalisation, les pores présentent un diamètre croissant depuis le séparateur vers le collecteur de courant.
Un troisième mode de réalisation peut être un mode dans lequel des pores, situés du côté du collecteur de courant, présentent un petit diamètre et des pores, situés du côté du séparateur, présentent un diamètre plus élevé. Dans ce mode de réalisation, les pores présentent un diamètre croissant depuis le collecteur de courant vers le séparateur.
Dans la cellule de batterie selon l’invention, les pores sont interconnectés entre eux, formant ainsi un réseau permettant d’assurer un bon transport ionique, ledit réseau traversant l’ensemble du volume des électrodes.
De manière préférée, la mousse polymère pour électrode positive ou pour électrode négative présente une porosité allant de 40 à 90%.
La quantification de la porosité peut se faire par mesure des propriétés physiques de l’échantillons (mesure d’épaisseur et pesée) associée à la densité volumique du matériau considéré, par pycnométrie, ou par d’autres méthodes, telles que la tomographie des rayons X ou la tomographie par microscopie électronique à balayage et faisceau d’ions focalisé.
Avantageusement, la mousse polymère pour électrode positive ou pour électrode négative présente une épaisseur allant de 50 à 1000 micromètres.
Selon un mode de réalisation particulier, le diamètre des pores de la mousse polymère pour électrode positive ou pour électrode négative va de 10 à 100 micromètres.
De manière préférée, le matériau pour électrode négative comprend au moins un matériau actif.
Selon un mode de réalisation particulier, le matériau pour électrode négative est choisi parmi les graphites, les siliciums purs, les oxydes et composites, et les titanates. Avantageusement, ledit matériau pour électrode négative comprend en outre au moins un composé conducteur électronique.
Selon un mode de réalisation particulier, le composé conducteur électronique est choisi parmi le noir de carbone, le noir d’acétylène, les nanotubes de carbone, les graphènes, les plaquettes de graphite, et leurs mélanges.
De manière préférée, le matériau pour électrode positive comprend au moins un matériau actif.
Selon un mode de réalisation particulier, le matériau pour électrode positive est choisi parmi les oxydes de métaux de transition et les phosphates. Préférentiellement, le matériau LiFePCL est utilisé.
Avantageusement, ledit matériau pour électrode positive comprend en outre au moins un composé conducteur électronique.
Selon un mode de réalisation particulier, le composé conducteur électronique est choisi parmi le noir de carbone, le noir d’acétylène, les nanotubes de carbone, les graphènes, les plaquettes de graphite, et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation particulier, le collecteur de courant pour l’électrode positive est composé d’aluminium et le collecteur de courant pour l’électrode négative est composé de cuivre.
Une couche de protection à la corrosion et de réduction de la résistance électrique peut être appliquée sur le collecteur de courant. Cette couche est constituée d’au moins un liant polymère et d’au moins un composé conducteur électronique. Les matériaux de cette couche sont préférentiellement identiques à ceux utilisés dans les électrodes.
Préférentiellement, l’électrode négative présente une épaisseur allant de 50 à 1000 micromètres.
Avantageusement, l’électrode négative présente une porosité inférieure à 20%, de préférence inférieure à 10%.
De manière préférée, l’électrode négative comprend de 40 à 75% en volume (ou de 50 à 85% en masse) de matériau actif pour électrode négative, de préférence de 50 à 70% en volume (ou de 60 à 80% en masse), plus préférentiellement de 55 à 65% en volume (ou de 65 à 75% en masse) par rapport au volume total (à la masse totale) de l’électrode.
Avantageusement, l’électrode négative comprend de 20 à 55% en volume (ou de 15 à 40% en masse) de mousse polymère pour électrode négative, de préférence de 25 à 45% en volume (ou de 15 à 30% en masse), plus préférentiellement de 30 à 40% en volume (ou de 20 à 30% en masse) par rapport au volume total (à la masse totale) de l’électrode.
Selon un mode de réalisation particulier, l’électrode négative comprend de 0 à 5% en volume (ou de 0 à 5% en masse) de liant polymère, de préférence de 1 à 4% en volume (ou de 1 à 4% en masse), plus préférentiellement de 2 à 4% en volume (ou de 2 à 4% en masse) par rapport au volume total (à la masse totale) de l’électrode.
Selon un mode de réalisation particulier, l’électrode négative comprend de 0 à 5% en volume (ou de 0 à 5% en masse) de composé conducteur électronique, de préférence de 1 à 4% en volume (ou de 1 à 4% en masse), plus préférentiellement de 2 à 4% en volume (ou de 2 à 4% en masse) par rapport au volume total (à la masse totale) de l’électrode.
Les différents modes de réalisation pour l’électrode négative sont également valables pour l’électrode positive, sauf indications contraires.
Un autre objet de l’invention est une batterie comprenant au moins une cellule selon l’invention.
L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’une cellule de batterie selon l’invention, comprenant les étapes suivantes : a) fabriquer le séparateur ; b) réaliser un premier mélange comprenant au moins un agent créateur de porosité, au moins un polymère, au moins un sel de lithium et au moins un solvant ; c) enduire ledit premier mélange sur une première face dudit séparateur, ladite enduction étant suivie d’un séchage en température pour obtenir une première mousse pour électrode, étant la mousse pour électrode négative ou pour électrode positive, formant avec le séparateur une structure unique ; d) réaliser un deuxième mélange comprenant au moins un agent créateur de porosité, au moins un polymère, au moins un sel de lithium et au moins un solvant ; e) enduire ledit second mélange sur une deuxième face du séparateur, ladite enduction étant suivie d’un séchage en température pour obtenir une deuxième mousse pour électrode, étant la mousse pour électrode négative si la mousse pour électrode positive a été fabriquée lors de l’étape c) ou la mousse pour électrode positive si la mousse pour électrode négative a été fabriquée lors de l’étape c) ; les étapes a) à e) étant successives, f) imprégner la mousse pour électrode négative d’un mélange comprenant un matériau pour électrode négative, ladite imprégnation étant suivie d’un séchage en température g) imprégner la mousse pour électrode positive d’un mélange comprenant un matériau pour électrode positive, ladite imprégnation étant suivie d’un séchage en température ; étant entendu que l’étape f) peut se dérouler avant l’étage g), ou après l’étape g), ou en même temps que l’étape g) ; puis h) sécher en température l’ensemble.
De manière préférée, le premier mélange et le deuxième mélange sont identiques.
Avantageusement, l’agent créateur de porosité est choisi parmi la glycérine, l’isopropanol, le dibutylphtalate et leurs mélanges.
Le polymère dudit premier mélange et/ou dudit second mélange peut (peuvent) comprendre du poly(oxyde d’éthylène).
Le premier mélange et/ou le second mélange peut (peuvent) comprendre en outre du poly(fluorure de vinylidène-co-hexafluoropropylène).
De manière particulièrement préférée, le (ou les) même(s) polymère(s) et le (ou les) même(s) sel(s) de lithium sont employés dans le séparateur, le premier mélange et le deuxième mélange.
Préférentiellement, lors de l’étape c) et/ou e), le séchage en température est effectué à une température allant de 105 à 135°C, de préférence allant de 110 à 130°C, éventuellement sous vide.
Selon un mode de réalisation particulier, lors des étapes f), g) et h), le séchage en température est effectué à une température allant de 90 à 110°C.
Selon un mode de réalisation particulier, après l’étape h), le collecteur de courant pour l’électrode négative et le collecteur de courant pour l’électrode positive sont installés.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à l’examen de la description détaillée, donnée uniquement à titre d’exemples non limitatifs, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig 1] est une vue schématique d’un mode de réalisation d’une cellule de batterie selon l’invention ;
[Fig 2] est une vue schématique d’un autre mode de réalisation d’une cellule de batterie selon l’invention ;
[Fig 3] est une vue schématique d’un autre mode de réalisation d’une cellule de batterie selon l’invention ;
[Fig 4] est une vue schématique d’une structure comprenant notamment des mousses polymères poreuses. Exemples
Dans ce qui suit, on se référera aux figures 1 à 3 qui illustrent plusieurs modes de réalisation d’une cellule de batterie selon l’invention. On se référera également à la figure 4 qui représente une structure comprenant notamment une mousse polymère pour électrode positive et une mousse polymère pour électrode négative.
Comme on le voit sur la figure 1, la cellule de batterie selon l’invention 1 comprend une électrode positive 2, une électrode négative 3 et un séparateur 4.
L’électrode positive 2 comprend une mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode positive 5, et un matériau pour électrode positive 6, ledit matériau 6 étant situé dans les pores 7 de ladite mousse pour électrode positive.
L’électrode négative 3 comprend une mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode négative 8, et un matériau pour électrode négative 9, étant situé dans les pores 10 de ladite mousse pour électrode négative.
La mousse 5 est reliée au collecteur de courant 11, qui est un collecteur de courant en aluminium. La mousse 8 est reliée au collecteur de courant 12, qui est un collecteur de courant en cuivre.
Sur cette figure 1, les pores 7 et 10 présentent un diamètre similaire dans tout le volume de l’électrode positive et dans tout le volume de l’électrode négative, respectivement.
Cependant, comme indiqué précédemment, une distribution des pores différente est possible.
Selon un autre mode de réalisation, comme cela est illustré sur la figure 2, la distribution des pores est telle que les pores 7 et 10, situés du côté du collecteur de courant, présentent un petit diamètre et les pores 7 et 10, situés du côté du séparateur, présentent un diamètre plus élevé. Sur cette figure 2, les pores 7 et 10 présentent un diamètre croissant depuis le collecteur de courant vers le séparateur.
Selon encore un autre mode de réalisation, comme cela est illustré sur la figure 3, la distribution des pores est telle que les pores 7 et 10, situés du côté du séparateur, présentent un petit diamètre, et les pores 7 et 10, situés du côté du collecteur de courant, présentent un diamètre plus élevé. Sur cette figure 3, les pores 7 et 10 présentent un diamètre croissant depuis le séparateur vers le collecteur de courant.
La cellule de batterie selon l’invention 1 peut être préparé selon un exemple de procédé de fabrication tel que décrit dans la suite.
Séparateur Le séparateur 4 est tout d’abord fabriqué. Il s’agit préférentiellement d’un film polymère non poreux 4.
Du poly(oxyde d’éthylène) (PEO), un liant polymère, du poly(fluorure de vinylidène-co-hexafluoropropylène) (PVdF-HFP), et au moins un sel de lithium (choisi parmi LiTFSI, LiFSI, LiPFr, et leurs mélanges) sont dissous dans un solvant, étant choisi parmi le diméthylformamide (DMF), l’acétonitrile et leur mélange.
La teneur en PVdF-HFP peut aller de 5 à 50 % en masse par rapport à la masse du PEO.
La teneur en sel de lithium peut aller de 5 à 20% en masse par rapport au PEO.
Le ratio massique polymères (PEO + PVdF-HFP)/solvant est fixé préférentiellement à 1:4.
Un dégazage de la solution est ensuite effectué par agitation magnétique sous vide.
L’enduction du film est ensuite effectuée avec un système de râcle ou de buse. Puis, un séchage en température est effectué à une température pouvant aller de 60 à 130°C, éventuellement sous vide, pour évaporer le solvant.
L’épaisseur du film est ensuite affinée par calandrage.
Ainsi, un film préférentiellement non poreux 4 est obtenu. Il est utilisé comme séparateur entre les deux électrodes 2 et 3, avec sa fonction d’isolant électrique et de conducteur ionique.
Mousse pour électrode négative ou pour électrode positive
Une mousse 5 ou une mousse 8 est ensuite fabriquée sur le séparateur 4 fabriqué à l’étape précédente.
Un agent créateur de porosité, tel qu’indiqué précédemment, peut être utilisé. Il s’agit d’un liquide appelé non-solvant qui, une fois enlevé, laisse un réseau de porosité dans l’échantillon. Un PEO dit « star polymer » est utilisé. Ce polymère est de la même famille de matériaux que le PEO du film séparateur 4.
Ainsi, la compatibilité entre les couches est favorisée et donc le transport ionique est favorisé.
Une teneur massique de 40% en masse de PEO « star polymer » peut être utilisé. Cette teneur peut permettre d’atteindre une porosité proche de 80%. Puis, du PVdF-HFP est utilisé. Son emploi permet de favoriser la tenue mécanique.
La poudre de PVdF-HFP, le PEO et au moins un sel de lithium (choisi parmi LiTFSI, LiFSI, LiPFr, et leurs mélanges) sont dissous dans un mélange de DMF (solvant) et de glycérine (non-solvant). Le mélange se fait par agitation magnétique à 80°C pendant 10h. Une étape de dégazage par agitation magnétique sous vide est ensuite effectuée.
Puis, une étape d’enduction classique effectuée avec un système de râcle ou de buse est effectuée sur une première surface du séparateur 4 obtenu à l’étape précédente.
La présence de DMF à l’interface entre le film et la solution permet de redissoudre le PVdF-HFP à la surface du film 4.
Un séchage en température à 120°C pendant 12h est ensuite effectué, permettant l’évaporation du solvant et du non-solvant.
La structure est alors figée, et la première mousse d’électrolyte pour électrode négative ou d’électrode positive est formée. Il peut donc s’agir de la mousse 5 ou de la mousse 8.
De plus, l’interface entre la mousse 5 (ou 8) et le séparateur 4 est fusionnée, il n’y a alors plus d’interface physique entre la mousse 5 (ou 8) et le séparateur 4. Cette observation peut être effectuée par microscopie électronique à balayage sur une coupe de l’échantillon, par mesure de conductivité/résistivité. Dans le cas d’espèce, une absence de démarcation entre les deux couches est observée.
A ce stade, une structure unique formée par le séparateur et une première mousse pour électrode négative ou pour électrode positive (mousse 5 ou mousse 8) est obtenue.
Mousse pour électrode négative ou pour électrode positive
Une mousse polymère pour électrode négative ou pour électrode positive est ensuite fabriquée (mousse 5 ou mousse 8) sur la structure unique obtenue à l’issue de l’étape précédente.
Ainsi, si la mousse 5 a été fabriquée à l’étape précédente, alors la mousse 8 est fabriquée. Si la mousse 8 a été fabriquée à l’étape précédente, alors la mousse 5 est fabriquée.
Dans cette étape, l’ensemble du protocole utilisé à l’étape précédente est répété, mais l’étape d’enduction du second mélange comprenant au moins un agent créateur de porosité, au moins un polymère, au moins un sel de lithium et au moins un solvant, est réalisée sur la deuxième face du séparateur 4.
Ainsi, l’ensemble formé par la mousse 5, la mousse 8 et le séparateur 4 forme une structure monobloc.
A ce stade, les pores 7 et 10 des mousses 5 et 8 sont vides, comme cela est illustré sur la figure 4 qui représente alors une structure la. Le remplissage des pores 7 et 10 est effectué par imprégnation d’un mélange comprenant un matériau pour électrode positive, le matériau 6, en ce qui concerne la mousse 5, et par imprégnation d’un mélange comprenant un matériau pour électrode négative, le matériau 9, en ce qui concerne la mousse 8. Lesdits mélanges comprenant les matériaux 6 et 9 peuvent se présenter sous la forme d’une encre.
Par exemple, les mousses 5 et 8 peuvent être trempées dans un bain desdites encres. L’encre s’infiltre dans les pores 7 et 10 des mousses 5 et 8.
L’imprégnation peut également être réalisée par enduction avec un système de râcle ou de buse.
Cette imprégnation est suivie d’un séchage en température à une température allant de 90 à 110°C, éventuellement sous vide, qui permet de sécher le mélange et le figer dans la mousse.
Puis, de manière classique, le collecteur de courant pour l’électrode négative et le collecteur de courant pour l’électrode positive sont installés. Ainsi, dans le présent mode de réalisation, le collecteur de courant en aluminium 11 est relié à la mousse 5. Le collecteur de courant en cuivre 12 est relié à la mousse 8.
Les collecteurs de courant de l’anode et de la cathode peuvent avoir un revêtement en carbone ou en carbone mélange avec du PEO/ poly(fluorure de vinylidène-co-hexafluoropropylène) pour améliorer l’interface avec la matière active et la mousse de polymère.
Ainsi, une cellule de batterie selon l’invention est obtenue.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cellule de batterie (1) comprenant au moins une électrode positive (2), au moins une électrode négative (3) et au moins un séparateur (4), ladite électrode négative (2) comprenant :
- une mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode positive (5), ladite mousse pour électrode positive (5) comprenant au moins un sel de lithium, et
- un matériau pour électrode positive (6), étant situé dans les pores (7) de ladite mousse pour électrode positive (5), ladite électrode négative (3) comprenant :
- une mousse polymère d’électrolyte solide poreuse pour électrode négative (8), ladite mousse pour électrode négative (8) comprenant au moins un sel de lithium, et
- un matériau pour électrode négative (9), étant situé dans les pores (10) de ladite mousse pour électrode négative (8).
2. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite mousse pour électrode positive (5) et ladite mousse pour électrode négative (8) sont de même nature chimique.
3. Cellule selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite mousse pour électrode positive (5) comprend du poly(oxyde d’éthylène).
4. Cellule selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la mousse pour électrode négative (8) comprend du poly(oxyde d’éthylène).
5. Cellule selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit sel de lithium est choisi parmi le
(bis(trifluoromethanesulfonyl)imide de lithium, lebis(fluorosulfonyl)imide de lithium, l’hexafluorophosphate de lithium (LiPFf,) et leurs mélanges.
6. Cellule selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le séparateur (4) est un film polymère comprenant du poly(oxyde d’éthylène).
7. Batterie comprenant au moins une cellule (1) telle que définie à l’une quelconque des revendications précédentes.
8. Procédé de fabrication d’une cellule de batterie (1) telle que définie à l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes suivantes : a) fabriquer le séparateur (4) ; b) réaliser un premier mélange comprenant au moins un agent créateur de porosité, au moins un polymère, au moins un sel de lithium et au moins un solvant ; c) enduire ledit premier mélange sur une première face dudit séparateur (4), ladite enduction étant suivie d’un séchage en température pour obtenir une première mousse pour électrode, étant la mousse pour électrode négative (8) ou pour électrode positive (5), formant avec le séparateur (4) une structure unique ; d) réaliser un deuxième mélange comprenant au moins un agent créateur de porosité, au moins un polymère, au moins un sel de lithium et au moins un solvant ; e) enduire ledit second mélange sur une deuxième face du séparateur (4), ladite enduction étant suivie d’un séchage en température pour obtenir une deuxième mousse pour électrode, étant la mousse pour électrode négative (8) si la mousse pour électrode positive (5) a été fabriquée lors de l’étape c) ou la mousse pour électrode positive (5) si la mousse pour électrode négative (8) a été fabriquée lors de l’étape c) ; les étapes a) à e) étant successives, f) imprégner la mousse pour électrode négative (8) d’un mélange comprenant un matériau pour électrode négative (9), ladite imprégnation étant suivie d’un séchage en température ; g) imprégner la mousse pour électrode positive (5) d’un mélange comprenant un matériau pour électrode positive (6), ladite imprégnation étant suivie d’un séchage en température ; étant entendu que l’étape f) peut se dérouler avant l’étage g), ou après l’étape g), ou en même temps que l’étape g) ; puis h) sécher en température l’ensemble.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier mélange et le deuxième mélange sont identiques.
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l’agent créateur de porosité est choisi parmi la glycérine, l’isopropanol, le dibutylphtalate et leurs mélanges.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le polymère dudit premier mélange et/ou dudit second mélange comprend du poly(oxyde d’éthylène).
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que, lors de l’étape c) et/ou e), le séchage en température est effectué à une température allant de 105 à 135°C, de préférence allant de 110 à 130°C, éventuellement sous vide.
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que, lors des étapes f), g) et h), le séchage en température est effectué à une température allant de 90 à 110°C.
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