FR2494502A1 - Rechargeable lithium battery electrolyte - contains di:ethyl ether, co-solvent and lithium salt - Google Patents

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Abstract

The cell comprises an Li-contg. electrode and an electrolyte of diethyl ether, a cosolvent and an Li salt. The diethyl ether is present as greater than or equal to 70 (pref. 80, esp. greater than or is 90)vol.%, and the cosolvent is greater than or equal to 5 vol.%, the amts. selected so that the increase in conductivity, compared with pure diethyl ether, is proportionally greater than or equal to any decrease in cycling efficiency, compared with pure diethyl ether. The cosolvent is pref. present in an amt. that does not decrease cycling efficiency compared with pure diethyl ether and esp. increases it, and the Li salt is pref. present in an amt. preventing sepn. of the electrolyte into layers. Pref. electrolytes provide cycling efficiencies over 97% with large numbers of 100% efficient cycles, e.g. over 200. They exhibit low Li reactivity and are readily available in pure form.

Description

Electrolytes non aqueux pour éléments électrochimiques utilisant des électrodes contenant du lithium.Non-aqueous electrolytes for electrochemical cells using electrodes containing lithium.

La présente invention concerne des électrolytes non aqueux pour des éléments électrochimiques utilisant des électrodes contenant du lithium. The present invention relates to nonaqueous electrolytes for electrochemical cells using electrodes containing lithium.

Dans un élément secondaire utilisant une anode au lithium, il est souhaitable d'utiliser un système d'électrolyte permettant d'obtenir de bonnes performances de charge-décharge, une bonne conductivité et un prix raisonnable. Le nombre de fois que l'on peut recharger un élément au lithium et l'efficacité de chaque recharge mesurent les performances de charge-décharge. Les performances de charge-décharge d'une électrode au lithium sont essentiellement liées au pouvoir de résistance du solvant de l'électrolyte è la réduction par le lithium qui est un agent réducteur puissant. Lorsqu'il se produit une réduction, il se forme sur la surface de l'électrode au lithium, des produits réactionnels qui empêchent un rev#tement ultérieur régulier lors du cycle de recharge.Il se produit donc une croissance dendritique et par conséquent une mauvaise morphologie du lithium. Une mauvaise morphologie du lithium peut également résulter d'un mauvais pouvoir de pénétration de l'électrolyte ou d'effets d'adsorption spécifique de l'électrolyte. Une mauvaise morphologie du lithium peut provoquer : 1) un isolement électrique d'une partie du revêtement de lithium empêchant qu'elle soit dépouillée lors de la décharge, 2) des courtscircuits entre les électrodes par suite de la croissance dendritique et 3) une vitesse élevée de réduction chimique par suite de ltaccroissement de la surface de l'électrode. In a secondary element using a lithium anode, it is desirable to use an electrolyte system making it possible to obtain good charge-discharge performance, good conductivity and a reasonable price. The number of times a lithium cell can be recharged and the efficiency of each recharge measures the charge-discharge performance. The charge-discharge performance of a lithium electrode is essentially linked to the resistance capacity of the solvent of the electrolyte to reduction by lithium which is a powerful reducing agent. When a reduction occurs, reaction products form on the surface of the lithium electrode which prevent regular subsequent coating during the recharging cycle, therefore dendritic growth and therefore poor lithium morphology. A poor lithium morphology can also result from a poor penetration power of the electrolyte or specific adsorption effects of the electrolyte. Poor lithium morphology can cause: 1) electrical isolation of part of the lithium coating preventing it from being stripped off during discharge, 2) short circuits between the electrodes due to dendritic growth and 3) a speed high chemical reduction due to the increase in the electrode surface.

D'autres facteurs importants sont que le solvant puisse dissoudre la quantité de sel nécessaire pour qu'on obtienne une conductivité appropriée ainsi que les caractéristiques de conductivité du sel et du solvant particuliers choisis.Other important factors are that the solvent can dissolve the amount of salt necessary to obtain an appropriate conductivity as well as the conductivity characteristics of the particular salt and solvent chosen.

De nombreux éléments primaires et secondaires de l'art antérieur utilisent un mélange de deux solvants ou plus dans un système d'électrolyte. Des solvants mixtes sont décrits dans les brevets US n0 3 778 310, 3 468 716r 3567515,3578500,3 877983,4060674 et 3 185590 et dans le brevet GB n0 1 343-853. Many primary and secondary elements of the prior art use a mixture of two or more solvents in an electrolyte system. Mixed solvents are described in US Pat. Nos. 3,778,310, 3,468,716r 3,567,515.3578500.3 877,983,4060674 and 3,185,590 and in GB Patent Nos. 1,343-853.

Bien que dans plusieurs des brevets précités l'éther éthylique (ou oxyde de diéthyle ; ci-après ODE) soit cité comme un composant possible du solvant et soit meme utilisé comme seul solvant dans un exemple du brevet
US na 3 185 590, la très faible conductivité de l'éther éthylique pose des problèmes. Bien que pour améliorer la conductivité on puisse mélanger l'éther éthylique avec un cosolvant plus conducteur, en général, dans un élément secondaire, on peut s'attendre à une baisse correspondante des performances de charge-décharge car les cosolvants plus conducteurs réagissent plus avec le lithium.
Although in several of the aforementioned patents ethyl ether (or diethyl ether; hereinafter ODE) is mentioned as a possible component of the solvent and is even used as sole solvent in an example of the patent
US na 3,185,590, the very low conductivity of ethyl ether poses problems. Although to improve the conductivity we can mix ethyl ether with a more conductive cosolvent, in general, in a secondary element, we can expect a corresponding decrease in charge-discharge performance because more conductive co-solvents react more with lithium.

Les brevets précités mentionnent de nombreux solvants et combinaisons de solvants pouvant être utilisés et en particulier : des hétérocycles insaturés et des éthers saturés tels que l'éther éthylique et le tétrahydrofuranne (brevets US n0 3 778 310 et GB n0 1 343 853) ; des esters pentacycliques, des éthers aliphatiques tels que l'éther éthylique et le tétrahydrofuranne, des cétones cycliques et des nitriles aliphatiques (brevet
US n0 3 468 716) ; le dioxyde de soufre, des borates de trialcoyle, des esters de l'acide borique, des sillcwtes de tétraalcoyle, des nitroalcanes, des lactames, des acétals, des ortho-esters, des mono-éthers tels que l'éther éthylique, des éthers cycliques tels que le tétrahydrofuranne, des sulfates de dialcoyle et des sulfonates d'alcoyle (brevets US n0 3 567 515 et 3 578 500) ; le tétrahydrofuranne, le carbonate de diméthyle, le carbonate de propylène, le diméthoxy-1,2 éthane, le diméthylformamide, le carbonate de triméthyle, le N,N-diméthylcarbamate d'éthyle, l'éther diméthylique du diéthylèneglycol, des éthers cycliques tels que le dioxolanne-1,3, le méthyl-4 dioxolanne-1,3, l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène, l'oxyde de butylène, le dioxanne, et le tétrahydrofuranne et des éthers aliphatiques tels que le diméthoxy-1,2 éthane, l'éther diméthylique du diéthylèneglycol et l'éther diéthylique du diéthylèneglycol (brevet US n0 3 877 983) ; des éthers, des esters, des sulfones, des sulfites, des nitrites et des nitrates (brevet US no 4 060 674) ; et des éthers tels que l'éther éthylique, des amines, des amides, des sulfoxydes et des nitriles (brevet US n0 3 185 590).
The aforementioned patents mention numerous solvents and combinations of solvents which can be used and in particular: unsaturated heterocycles and saturated ethers such as ethyl ether and tetrahydrofuran (US Pat. Nos. 3,778,310 and GB Nos. 1,343,853); pentacyclic esters, aliphatic ethers such as ethyl ether and tetrahydrofuran, cyclic ketones and aliphatic nitriles (patent
US No. 3,468,716); sulfur dioxide, trialkyl borates, boric acid esters, tetraalkyl sillcwtes, nitroalkanes, lactams, acetals, ortho-esters, mono-ethers such as ethyl ether, ethers cyclics such as tetrahydrofuran, dialkyl sulfates and alkyl sulfonates (US Pat. Nos. 3,567,515 and 3,578,500); tetrahydrofuran, dimethyl carbonate, propylene carbonate, dimethoxy-1,2 ethane, dimethylformamide, trimethyl carbonate, ethyl N, N-dimethylcarbamate, dimethyl ether of diethylene glycol, cyclic ethers such as than 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, dioxane, and tetrahydrofuran and aliphatic ethers such as 1,2-dimethoxy ethane, dimethyl ether of diethylene glycol and diethyl ether of diethylene glycol (US Patent No. 3,877,983); ethers, esters, sulfones, sulfites, nitrites and nitrates (US Patent No. 4,060,674); and ethers such as ethyl ether, amines, amides, sulfoxides and nitriles (US Patent No. 3,185,590).

La demanderesse a trouvé que, de façon surprenante, lorsqu'on mélange des volumes dégerminés de certains cosolvants avec de l'éther éthylique pour accroltre la conductivité, les performances de charge-décharge au lieu d'être réduites sont accrues par rapport à celles qu'on obtient avec l'éther éthylique pur. Certains volumes élevés de cosolvant ne produisent qu'une légère diminution des performances de charge-décharge proportionnellement inférieure au gain de conductivité. L'invention concerne un électrolyte qui est relativement peu coûteux et qui présente une bonne conductivité, de bonnes performances de charge-décharge, une faible réactivité avec le lithium et qu'il est facile de se wocurer sous une forme pure. The Applicant has found that, surprisingly, when degermed volumes of certain cosolvents are mixed with ethyl ether to increase the conductivity, the charge-discharge performance instead of being reduced is increased compared to that which 'is obtained with pure ethyl ether. Certain high volumes of cosolvent only produce a slight decrease in charge-discharge performance proportionally less than the gain in conductivity. The invention relates to an electrolyte which is relatively inexpensive and which has good conductivity, good charge-discharge performance, low reactivity with lithium and which can easily be stored in pure form.

L'invention concerne plus particulièrement un élecsrolyte comprenant de l'éther éthylique, un cosolvant et un sel de lithium tel que Lias6. Selon des modes de réalisation préférés, l'éther éthylique constitue au moins 70 % du volume du solvant et le cosolvant constitue au moins 5% du volume du solvant. The invention relates more particularly to an electrolyte comprising ethyl ether, a cosolvent and a lithium salt such as Lias6. According to preferred embodiments, the ethyl ether constitutes at least 70% of the volume of the solvent and the cosolvent constitutes at least 5% of the volume of the solvent.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels
la figure 1 est une représentation schématique d'une batterie rechargeable pouvant utiliser l'électrolyte de l'invention
la figure 2 est un graphique de la relation entre le rendement moyen par cycle et le pourcentage d'éther éthylique dans quatre électrolytes binaires
la figure 3 est un graphique de la relation entre le rendement moyen par cycle et la concentration en
LiAsF6 dans la composition d'électrolyte LiAsF6/90 ODE 10 THF, (THF étant l'abréviation de tétrahydrofuralLne)
la figure 4 est un graphique de la relation entre la conductivité et le pourcentage d'éther éthylique dans l'électrolyte binaire LiAsF6 1,5 M/ODE :: TBF
la figure 5 est un graphique de la relation entre le rendement moyen par cycle et les proportions des composants du solvant dans c#inq électrolytes ternaires saturés ; et
la figure 6 est un graphique comparatif du rendement moyen par cycle de plusieurs électrolytes binaires.
The invention will be better understood on reading the following description made with reference to the appended drawings in which
Figure 1 is a schematic representation of a rechargeable battery that can use the electrolyte of the invention
Figure 2 is a graph of the relationship between the average yield per cycle and the percentage of ethyl ether in four binary electrolytes
Figure 3 is a graph of the relationship between the average yield per cycle and the concentration of
LiAsF6 in the electrolyte composition LiAsF6 / 90 ODE 10 THF, (THF being the abbreviation of tetrahydrofuralLne)
Figure 4 is a graph of the relationship between the conductivity and the percentage of ethyl ether in the binary electrolyte LiAsF6 1.5 M / ODE :: TBF
Figure 5 is a graph of the relationship between the average yield per cycle and the proportions of the solvent components in c # inq saturated ternary electrolytes; and
FIG. 6 is a comparative graph of the average yield per cycle of several binary electrolytes.

Des modes de réalisation de l'invention vont maintenant etre décrits. Embodiments of the invention will now be described.

La figure 1 est une représentation schématique d'un exemple d'élément électrochimique rechargeable dans lequel on peut utiliser l'électrolyte de l'invention. La batterie illustrée est constituée d'un bottier étanche 24 dans lequel sont placées plusieurs électrodes négatives plates 26 constituées essentiellement de lithium pratiquement pur déposé sur des substrats de nickel, plusieurs électrodes positives plates 28 constituées de bisulfure de titane déposé sur du nickel déployé et plusieurs séparateurs 30 sous forme de nappes poreuses plates faites d'une pellicule de polypropylène microporeux (telle que celle commer cialisée sous la marque Celgard) ou de fibres de verre. FIG. 1 is a schematic representation of an example of a rechargeable electrochemical element in which the electrolyte of the invention can be used. The illustrated battery consists of a sealed case 24 in which are placed several flat negative electrodes 26 consisting essentially of practically pure lithium deposited on nickel substrates, several flat positive electrodes 28 consisting of titanium disulfide deposited on deployed nickel and several separators 30 in the form of flat porous sheets made of a microporous polypropylene film (such as that marketed under the Celgard brand) or glass fibers.

Les électrodes positives et négatives sont alternées et un séparateur est placé entre chaque paire d'électrodes positive et négative. Les électrodes positives de plusieurs éléments sont couplées électriquement en parallèle à une borne positive 32 par des conducteurs électriques appropriés (non représentés) selon la technologie classique de fabrication des batteries et les électrodes négatives de plusieurs éléments sont raccordées de façon semblable à une borne de batterie négative 34. L'électrolyte de l'invention entoure les électrodes et les séparateurs et remplit les interstices des séparateurs;
Les avantages de l'invention apparaissent mieux à l'examen des résultats des essais de détermination des performances de charge-décharge et de la conductivité.
The positive and negative electrodes are alternated and a separator is placed between each pair of positive and negative electrodes. The positive electrodes of several elements are electrically coupled in parallel to a positive terminal 32 by suitable electrical conductors (not shown) according to conventional battery manufacturing technology and the negative electrodes of several elements are similarly connected to a battery terminal negative 34. The electrolyte of the invention surrounds the electrodes and the separators and fills the interstices of the separators;
The advantages of the invention appear better on examining the results of the tests for determining the charge-discharge performance and the conductivity.

Les essais sont conçus pour reproduire les caractéristiques de charge et de décharge de l'électrode secondaire en lithium d'une batterie utilisée en pratique. Une expérience clé pour évaluer la stabilité de l'électrolyte consiste à effectuer des cycles de revêtement-dépouillage de delithium avec un substrat en lithium et non en nickel dans une demicellule. Pour cela on dépose une quantité connue de lithium sur une électrode de nickel puis successivement on enlève et dépose une charge moindre de lithium. L'importance de l'excès de lithium détermine en partie le nombre des cycles à 100% que l'on obtient. Par exemple dans une expérience typique de type lithium sur lithium on dépose 4,5 C/cm2 de lithium sur une électrode de nickel ; on enlève ensuite 1,1 C/cm2 pour laisser 3,4 C/cm2 de lithium.The tests are designed to reproduce the charging and discharging characteristics of the lithium secondary electrode of a battery used in practice. A key experiment to evaluate the stability of the electrolyte consists in carrying out coating-skinning cycles of delithium with a substrate of lithium and not of nickel in a semi-cell. To do this, a known quantity of lithium is deposited on a nickel electrode, then successively a lower charge of lithium is removed and deposited. The amount of excess lithium partly determines the number of 100% cycles that are obtained. For example, in a typical lithium on lithium type experiment, 4.5 C / cm 2 of lithium are deposited on a nickel electrode; 1.1 C / cm2 are then removed to leave 3.4 C / cm2 of lithium.

Dans les cycles suivants de revêtement et de dépouillage on utilise 1,1 C/cm2. Si chaque cycle avait un rendement de 100%, le fonctionnement cyclique de la cellule se poursuivrait indéfiniment avec une réserve de lithium correspondant à 3,4 C/cm2, (le rendement étant
Q dépouillé/Q revêtu). Bien entendu chaque cycle de dépauillage a un rendement inférieur à 100% si bien que chaque dépouillage entame la réserve de lithium tout en maintenant un cycle apparemment à 100% jusqu'à ce que le substrat de nickel soit atteint. A ce moment l'excès de lithium est épuisé et on peut calculer le rendement moyen par cycle E.

Figure img00060001
In the following coating and skinning cycles, 1.1 C / cm2 is used. If each cycle had a yield of 100%, the cyclic functioning of the cell would continue indefinitely with a reserve of lithium corresponding to 3.4 C / cm2, (the yield being
Stripped Q / coated Q). Of course, each stripping cycle has a yield of less than 100% so that each stripping starts the reserve of lithium while maintaining a cycle apparently at 100% until the nickel substrate is reached. At this time the excess lithium is used up and the average yield per cycle E can be calculated.
Figure img00060001

où Q5 est la charge de lithium dépouillée, Qex est la quantité en excès de lithium et n est le nombre de cycles à 100%. Tout d'abord la valeur de E s'élève rapidement lorsque n s'accroît ; au-delà de 100 cycles à 100%, un accroissement important de n n'entraîne qutun accroissement faible de E.where Q5 is the stripped lithium charge, Qex is the excess amount of lithium and n is the number of cycles at 100%. First of all, the value of E rises rapidly when n increases; beyond 100 cycles at 100%, a large increase in n results in only a small increase in E.

Toutes les valeurs de E de la présente description ont été calculées à partir d'expériences dans lesquelles la densité de courant était fixée à 5 mA/cm2. Si on utilise des densités de courant inférieures à cette valeur, on peut prévoir des valeurs encore plus élevées de E, selon des études effectuées avec des électrolytes constitués de tétrahydrofuranne et de méthyl-2 tétrahydrofuranne/LiAsF6. Comme le montrent également certaines des figures, les valeurs de E pour un mélange solvant donné varient également avec la concentration en sel. All the values of E in the present description have been calculated from experiments in which the current density was fixed at 5 mA / cm 2. If current densities below this value are used, even higher values of E can be expected, according to studies carried out with electrolytes consisting of tetrahydrofuran and 2-methyl tetrahydrofuran / LiAsF6. As some of the figures also show, the values of E for a given solvent mixture also vary with the salt concentration.

La figure 2 est un graphique de la relation entre le rendement moyen par# cycle (E % en ordonnées) et la -concentration en éther éthylique (en pourcentages en volume, en abscisses) de quatre électrolytes binaires dans lesquels le cosolvant est un éther saturé. Dans les quatre mélanges, le sel est LiÂsF6 (à des concentrations différentes). Le graphique montre que le rapport en volumes ODE : cosolvant pour lequel on obtient la valeur maximale du rendement moyen par cycle dépend du cosolvant saturé utilisé. Les rapports préférés (pour les concentrations en LiAsF6 indiquées) sont : 90 ODE:10 dioxolanne (2,5 M) ; 95 ODE : 5 TBF (1,5 M) ; 90 ODE : 10 TKF (2,5 M) et 80 ODE : 20 diméthoxyéthane (DME) (2,0 M).  FIG. 2 is a graph of the relationship between the average yield per # cycle (E% on the ordinate) and the -concentration in ethyl ether (in percentages by volume, on the abscissa) of four binary electrolytes in which the cosolvent is a saturated ether . In the four mixtures, the salt is LiÂsF6 (at different concentrations). The graph shows that the volume ratio ODE: co-solvent for which the maximum value of the average yield per cycle is obtained depends on the saturated co-solvent used. The preferred ratios (for the LiAsF6 concentrations indicated) are: 90 ODE: 10 dioxolane (2.5 M); 95 ODE: 5 TBF (1.5 M); 90 ODE: 10 TKF (2.5 M) and 80 ODE: 20 dimethoxyethane (DME) (2.0 M).

La figure 2 montre que comme prévu, lorsque la proportion d'éther éthylique s'abaisse en dessous d'environ 70%, le rendement moyen par cycle diminue rapidement. Le phénomène inattendu qu'illustrent les courbes est que l'emploi de petites quantités de l'un quelconque des cosolvants saturés ne réduit pas le rendement moyen par cycle mais provoque un rendement supérieur à celui obtenu avec l'éther éthylique pur. Figure 2 shows that as expected, when the proportion of ethyl ether drops below about 70%, the average yield per cycle decreases rapidly. The unexpected phenomenon illustrated by the curves is that the use of small amounts of any of the saturated cosolvents does not reduce the average yield per cycle but causes a higher yield than that obtained with pure ethyl ether.

La figure 2 montre que toute proportion de THF, de DME ou de dioxolanne Jusqu' environ 20% conduit à un électrolyte dont l-e rendement est supérieur à celui de l'éther éthylique à 100%. La structure à chaîne ouverte de l'éther éthylique semble être la cause de sa faible réactivité vis-à-vis du lithium et par conséquent de la valeur élevée de son rendement moyen par cycle. Le mécanisme selon lequel l'addition de THF, de DME ou de dioxolanne, qui sont tous des composés ayant des structures relativement réactives, accroît le rendement moyen par cycle, n'est pas connu.Figure 2 shows that any proportion of THF, DME or dioxolane Up to about 20% leads to an electrolyte whose yield is higher than that of ethyl ether at 100%. The open chain structure of ethyl ether seems to be the cause of its low reactivity towards lithium and therefore of the high value of its average yield per cycle. The mechanism by which the addition of THF, DME or dioxolane, which are all compounds with relatively reactive structures, increases the average yield per cycle, is not known.

Un avantage important des mélanges ayant une teneur élevée en éther éthylique est leur aptitude à dissoudre des quantités importantes de sel, si bien que ces mélanges sont utiles dans diverses situations. An important advantage of mixtures with a high content of ethyl ether is their ability to dissolve large amounts of salt, so that these mixtures are useful in various situations.

La figure 3 où le rendement moyen par cycle (%,en ordonnées) est représenté en fonction de la concentration en LiAsF6 (moles/l en abscisses), montre que pour le mélange 90 ODE : 10 TKF, on obtient la taler maximale du rendement moyen par cycle avec une concentration en
LiAsF6 de 2,5 M. Ce mélange, comme le montre la figure 6 où le rendement moyen par cycle (%, en ordonnées) est représenté en fonction du nombre de cycles (en abscisses), permet également d'obtenir plus de 200 cycles à 100%.
Figure 3 where the average yield per cycle (%, on the ordinate) is represented as a function of the concentration of LiAsF6 (moles / l on the abscissa), shows that for the mixture 90 ODE: 10 TKF, the maximum yield taler is obtained medium per cycle with a concentration of
LiAsF6 of 2.5 M. This mixture, as shown in Figure 6 where the average yield per cycle (%, on the ordinate) is represented as a function of the number of cycles (on the abscissa), also makes it possible to obtain more than 200 cycles 100%.

La figure 4 montre que la conductivité de l'électrolyte (Ksp x 10 2 (Ohm.cm en ordonnées) staccrott lorsque la teneur en THF augmente (l'échelle des abscisses représente la concentration de l'éther éthylique en pourcentages en volume). Donc toute proportion de TKF jusqu'à environ 20 permet d'obtenir à la fois un rendement moyen par cycle supérieur (voir la figure 2) et une conductivité supérieure par rapport à l'éther éthylique à 100%.  Figure 4 shows that the conductivity of the electrolyte (Ksp x 10 2 (Ohm.cm on the ordinate) staccrott when the THF content increases (the abscissa scale represents the concentration of ethyl ether in percentages by volume). Therefore any proportion of TKF up to approximately 20 makes it possible to obtain both an average yield per higher cycle (see FIG. 2) and a higher conductivity compared to 100% ethyl ether.

Cependant dans certains cas, une proportion de THF supérieure à 20% peut être souhaitable si la conductivité est très importante et Si l'utilisateur peut accepter de perdre sur le rendement moyen par cycle pour obtenir une conductivité supérieure. Un avantage important de l'invention est que dans certaines gammes des proportions, même lorsqu'on observe une diminution du rendement (c'est-à-dire un accroissement de l'écart par rapport au rendement de 100%) elle est de façon surprenante proportionnellement moindre que le gain de conductivité. les mêmes considérations s'appliquent au choix de la proportion désirée de DME, de dioxolanne ou de tout autre cosolvant utilisé dans l'invention.However in certain cases, a proportion of THF greater than 20% may be desirable if the conductivity is very high and if the user can accept losing on the average yield per cycle in order to obtain a higher conductivity. An important advantage of the invention is that in certain ranges of proportions, even when a decrease in yield is observed (that is to say an increase in the difference with respect to the yield of 100%) it is so surprising proportionally less than the gain in conductivity. the same considerations apply to the choice of the desired proportion of DME, dioxolane or any other co-solvent used in the invention.

La figure 5 montre la relation entre le rendement moyen par cycle S (, en ordonnées) et le nombre de cycles en abscisses pour divers mélanges ODE : DME : THF. On obtient le rendement maximal avec du LiAsF6 2,25 M dans un mélange 86 ODE : 5 DME : 9 THF ; cependant ce mélange a un rendement inférieur à celui du meilleur mélange binaire, Lias, 2,5 M dans 90 ODE :10 TBF.  Figure 5 shows the relationship between the average yield per cycle S (, on the ordinate) and the number of cycles on the abscissa for various ODE: DME: THF mixtures. The maximum yield is obtained with 2.25 M LiAsF6 in a mixture 86 ODE: 5 DME: 9 THF; however, this mixture has a lower yield than that of the best binary mixture, Lias, 2.5 M in 90 ODE: 10 TBF.

En plus des cosolvants précités, d'autres composés saturés se sont révélés utiles. Ils consistent en le monoéther acyclique qu'est l'éther diméthylique qui conduit à un rendement moyen par cycle de 97,6 % en mélange avec 90 % d'éther éthylique ; et le diéther cyclique qu'est l'éther éthyltétrahydrofurfurylique qui conduit à un rendement moyen par cycle de 97,6 % en mélange avec 90 % d'ODE. il existe également certains cosolvants insaturés qui donnent de bons résultats.Ce sont trois mono-éthers cycliques insaturés, le méthyl-2 furanne qui conduit à un rendement moyen par cycle de 98,5 %, le furanne qui conduit à un rendement moyen par cycle de 98,0 ffi et le diméthyl-2,5 furanne qui conduit à un rendement moyen par cycle de 97,7 ffi ; et deux hétérocycles azotés insaturés, le
N-méthylpyrrole, qui conduit à un rendement moyen par cycle de 98,2 % et le diméthyl-3,5 isoxazole qui conduit à un rendement moyen par cycle de 98,0 % ; dans tous les cas en mélange avec 90 % d'éther éthylique et avec une concentration en LiAsF6 de 2,5 M.
In addition to the above co-solvents, other saturated compounds have been found useful. They consist of the acyclic monoether which is dimethyl ether which leads to an average yield per cycle of 97.6% in mixture with 90% of ethyl ether; and the cyclic diether which is ethyltetrahydrofurfuryl ether which leads to an average yield per cycle of 97.6% in mixture with 90% ODE. there are also some unsaturated cosolvents which give good results. These are three unsaturated cyclic mono-ethers, 2-methyl furan which leads to an average yield per cycle of 98.5%, furan which leads to an average yield per cycle 98.0 ffi and 2,5-dimethyl furan which leads to an average yield per cycle of 97.7 ffi; and two unsaturated nitrogen heterocycles, the
N-methylpyrrole, which leads to an average yield per cycle of 98.2% and 3,5-dimethyl isoxazole which leads to an average yield per cycle of 98.0%; in all cases mixed with 90% ethyl ether and with a LiAsF6 concentration of 2.5 M.

Les sels de lithium que l'on préfère sont ceux qui répondent à la formule liXY6 où X représente As, P, Sb ou
Bi et Y représente un halogène. Un exemple préféré est Lias6. D'autres sels de lithium peuvent également être utiles.
The lithium salts which are preferred are those which correspond to the formula liXY6 where X represents As, P, Sb or
Bi and Y represents a halogen. A preferred example is Lias6. Other lithium salts may also be useful.

Le tableau ci-dessous illustre un phénomène inattendu de stratification que l'on observe dans un électrolyte dont le mélange solvant est constitué de 90 ODE : 10 DME (en volumes). Ce phénomène est un facteur additionnel dont on doit tenir compte lorsqu'on choisit les cosolvants, les proportions de cosolvant et les concentrations de sel. The table below illustrates an unexpected phenomenon of stratification which is observed in an electrolyte in which the solvent mixture consists of 90 ODE: 10 DME (by volume). This phenomenon is an additional factor which must be taken into account when choosing the co-solvents, the co-solvent proportions and the salt concentrations.

Homogénéité de la solution en fonction de la concentration en LiAsF6 dans un électrolyte à base de 90 ODE : 10 DME à 250C.Homogeneity of the solution as a function of the concentration of LiAsF6 in an electrolyte based on 90 ODE: 10 DME at 250C.

LiAsF6 (M; Aspect physique
1,50 deux couches non miscibles
1,75 deux couches non miscibles
2,00 solution homogène
2,25 solution homogène
On voit donc que l'électrolyte se sépare en deux phases pour une concentration en LiAsF6 inférieure à 1,9 M tandis qu a une concentration en sel plus élevée, ce phénomène indésirable ne se produit pas. D'autres mélanges électrolytes binaires ou ternaires présentent ce phénomène pour des concentrations en sel inférieures à certaines valeurs seuils ; deux exemples figurent ci-dessous.
LiAsF6 (M; Physical aspect
1.50 two immiscible layers
1.75 two immiscible layers
2.00 homogeneous solution
2.25 homogeneous solution
It can therefore be seen that the electrolyte separates into two phases for a LiAsF6 concentration of less than 1.9 M while at a higher salt concentration, this undesirable phenomenon does not occur. Other binary or ternary electrolyte mixtures exhibit this phenomenon for salt concentrations below certain threshold values; two examples are shown below.

Concentration minimale en LiAsF pour l'obtention d'une 6 Mélange électrolyte solution homogène à 250C (M)
1,85 75 ODE : 15 DME : 10 THF
0,70 90 ODE : 10 diméthyl-3,5
isoxazole
Pour les trois mélanges étudiés dans lesquels on observe une stratification, les valeurs seuils de la concentration en LiAsF6 s'accroissent lorsque la proportion d'éther éthylique diminue. Contrairement aux prévisions, l'addition de cosolvants tels que le TKF ou le méthyl-2 furanne, n'empêche pas la stratification. Le paramètre critique semble donc être une concentration en LiAsF6 suffisante pour éviter la séparation des phases.
Minimum concentration of LiAsF to obtain a 6 Electrolyte mixture homogeneous solution at 250C (M)
1.85 75 ODE: 15 DME: 10 THF
0.70 90 ODE: 10 dimethyl-3,5
isoxazole
For the three mixtures studied in which a stratification is observed, the threshold values of the concentration of LiAsF6 increase when the proportion of ethyl ether decreases. Contrary to expectations, the addition of cosolvents such as TKF or 2-methyl furan does not prevent stratification. The critical parameter therefore seems to be a sufficient concentration of LiAsF6 to avoid phase separation.

Pour des raisons inconnues, le phénomène de stratification n'apparaît pas quelle que soit la concentration en Lias6 dans les mélanges ODE : TBF, ODE : méthyl-2 pyrrole ou ODE : méthyl-2 furanne. For unknown reasons, the stratification phenomenon does not appear regardless of the Lias6 concentration in the ODE: TBF, ODE: 2-methyl pyrrole or ODE: 2-methyl furan mixtures.

Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.  As goes without saying and as it already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to that of its modes of application, no more than to those of the embodiments of its various parts, having have been more particularly envisaged; on the contrary, it embraces all its variants.

Claims (23)

REVENDICATIONS 1. Elément électrochimique rechargeable comprenant une électrode contenant du lithium et un électrolyte, l'électrolyte comprenant de l'éther éthylique, un cosolvant et un sel de lithium, caractérisé en ce que l'éther éthylique et le cosolvant sont présents en des proportions respectives supérieures ou égales à 70% et à 5% en volume, ces quantités étant choisies de façon à produire un accroissement de la conductivité par rapport à celle obtenue avec de l'éther éthylique pur, proportionnellement égal ou supérieur à toute diminution des performances de charge-décharge par rapport à celles obtenues avec l'éther éthylique pur. 1. Rechargeable electrochemical cell comprising an electrode containing lithium and an electrolyte, the electrolyte comprising ethyl ether, a co-solvent and a lithium salt, characterized in that the ethyl ether and the co-solvent are present in respective proportions greater than or equal to 70% and 5% by volume, these quantities being chosen so as to produce an increase in conductivity relative to that obtained with pure ethyl ether, proportionally equal to or greater than any decrease in charge performance -discharge compared to those obtained with pure ethyl ether. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cosolvant est présent en une quantité ne diminuant pas les performances de charge-décharge par rapport à celles obtenues avec l'éther éthylique pur. 2. Element according to claim 1, characterized in that the cosolvent is present in an amount which does not reduce the charge-discharge performance compared to that obtained with pure ethyl ether. 3. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cosolvant est présent en une quantité accroissant les performances de charge-décharge par rapport à celles obtenues avec l'éther éthylique pur. 3. Element according to claim 2, characterized in that the cosolvent is present in an amount increasing the charge-discharge performance compared to those obtained with pure ethyl ether. 4. Elément selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le cosolvant comprend un composé saturé. 4. Element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cosolvent comprises a saturated compound. 5. Elément selon la revendication 4, caractérisé en ce que le composé saturé comprend un éther saturé. 5. Element according to claim 4, characterized in that the saturated compound comprises a saturated ether. 6. Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'éther saturé est le tétrahydrofuranne. 6. Element according to claim 5, characterized in that the saturated ether is tetrahydrofuran. 7. Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'éther saturé est le diméthoxyéthane. 7. Element according to claim 5, characterized in that the saturated ether is dimethoxyethane. 8. Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'éther saturé est le dioxolanne-1,3. 8. Element according to claim 5, characterized in that the saturated ether is dioxolane-1,3. 9. Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'éther saturé est l'éther diméthylique. 9. Element according to claim 5, characterized in that the saturated ether is dimethyl ether. 10. Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'éther saturé est l'éther éthyltétrahydrofurfurylique. 10. Element according to claim 5, characterized in that the saturated ether is ethyltetrahydrofurfuryl ether. 11. Elément selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le cosolvant comprend un composé insaturé. 11. Element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cosolvent comprises an unsaturated compound. 12. Elément selon la revendication 11, caractérisé en ce que le cosolvant comprend du furanne. 12. Element according to claim 11, characterized in that the co-solvent comprises furan. 13. Elément selon la revendication 11, caractérisé en ce que le composé insaturé est le méthyl-2 furanne. 13. Element according to claim 11, characterized in that the unsaturated compound is 2-methyl furan. 14. Elément selon la revendication 11, caractérisé en ce que le composé insaturé est le diméthyl-2,5 furanne. 14. Element according to claim 11, characterized in that the unsaturated compound is 2,5-dimethyl furan. 15. Elément selon la revendication 11,- caractérisé en ce que le composé insaturé est le N-méthylpyrrole.  15. Element according to claim 11, - characterized in that the unsaturated compound is N-methylpyrrole. 16. Elément selon la revendication 11, caractérisé en ce que le composé insaturé est le diméthyl-3,5. 16. Element according to claim 11, characterized in that the unsaturated compound is 3,5-dimethyl. isoxazole.isoxazole. 17. Elément selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que l'éléctrolyte contient de plus un second cosolvant. 17. Element according to one of claims 1 to 16, characterized in that the electrolyte additionally contains a second co-solvent. 18. Elément selon la revendication 17, caractérisé en ce que le second cosolvant est un éther saturé. 18. Element according to claim 17, characterized in that the second cosolvent is a saturated ether. 19. Elément selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que le sel de lithium est présent à une concentration suffisante pour éviter la séparation en couches de l'électrolyte. 19. Element according to one of claims 1 to 19, characterized in that the lithium salt is present in a sufficient concentration to avoid separation into layers of the electrolyte. 20. Elément selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que l'éther éthylique est présent en une proportion égale ou supérieure à 80% en volume. 20. Element according to one of claims 1 to 19, characterized in that the ethyl ether is present in a proportion equal to or greater than 80% by volume. 21. Elément selon l'une des revendications 1 à 20, caractérise' en ce que l'éther éthylique est présent en une proportion égale ou supérieure à 90% en volume. 21. Element according to one of claims 1 to 20, characterized in that the ethyl ether is present in a proportion equal to or greater than 90% by volume. 22. Elément selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'éther éthylique est présent en une proportion égale ou supérieure à 90% et le tétrahydrofuranne est présent en une quantité égale ou inférieure à 10%  22. Element according to claim 6, characterized in that the ethyl ether is present in a proportion equal to or greater than 90% and the tetrahydrofuran is present in an amount equal to or less than 10% 23. Elément selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que le sel de lithium est 23. Element according to one of claims 1 to 22, characterized in that the lithium salt is LiAsF6. LiAsF6.
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