FR3009439A1 - USE OF BORATES AS INHIBITOR FOR DEGRADING ORGANIC ELECTROLYTES IN ELECTROCHEMICAL BATTERIES - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne l'utilisation d'un ou plusieurs composés comportant une fonction borate, sous une forme complexée ou non, pour inhiber l'action des alcoolates sur la dégradation de l'électrolyte des cellules électrochimiques. L'invention concerne également un électrolyte comprenant un ou plusieurs composés particuliers comportant une fonction borate. Enfin, l'invention concerne une cellule électrochimique comprenant l'électrolyte précédemment cité.The invention relates to the use of one or more compounds comprising a borate functional group, in complexed or non-complexed form, for inhibiting the action of alcoholates on the degradation of the electrolyte of electrochemical cells. The invention also relates to an electrolyte comprising one or more particular compounds having a borate function. Finally, the invention relates to an electrochemical cell comprising the aforementioned electrolyte.
Description
Utilisation de borates comme inhibiteur de dégradation des électrolytes organiques dans les accumulateurs électrochimiques L'invention concerne le domaine des cellules électrochimiques, notamment dans les batteries lithium-ion, et plus particulièrement le domaine des électrolytes de ces cellules. Plus précisément, l'invention concerne l'utilisation de composés appartenant à la famille des borates comme additif dans l'électrolyte des cellules électrochimiques pour inhiber l'action des alcoolates sur la dégradation de cet électrolyte. L'invention concerne également un électrolyte comprenant un ou plusieurs composés comportant une fonction borate. Enfin, l'invention concerne une cellule électrochimique comprenant l'électrolyte précédemment cité. Grâce à leur densité d'énergie élevée, les batteries lithium-ion se sont largement imposées dans le domaine des batteries et permettent notamment d'envisager le développement des véhicules électriques présentant une autonomie supérieure à 200 km.The invention relates to the field of electrochemical cells, in particular in lithium-ion batteries, and more particularly to the electrolyte domain of these cells. More specifically, the invention relates to the use of compounds belonging to the family of borates as an additive in the electrolyte of electrochemical cells for inhibiting the action of alcoholates on the degradation of this electrolyte. The invention also relates to an electrolyte comprising one or more compounds having a borate function. Finally, the invention relates to an electrochemical cell comprising the aforementioned electrolyte. Due to their high energy density, lithium-ion batteries have become widely accepted in the field of batteries and allow in particular to consider the development of electric vehicles with a range greater than 200 km.
Ces batteries présentent cependant l'inconvénient de présenter une cyclabilité encore faible, de l'ordre de 500 à 1000. La cyclabilité est exprimée en nombre de cycles (un cycle correspond à une charge et une décharge). Elle caractérise la durée de vie de l'accumulateur, c'est-à-dire le nombre de fois où il peut restituer le même niveau d'énergie après chaque nouvelle recharge. La baisse du niveau d'énergie disponible au fur et à mesure des cycles de charge et de décharge peut avoir plusieurs origines, tel que la formation d'une couche de passivation sur les électrodes et la dégradation de l'électrolyte notamment.However, these batteries have the disadvantage of having a still low cyclability, of the order of 500 to 1000. Cyclability is expressed in number of cycles (a cycle corresponds to a charge and a discharge). It characterizes the life of the battery, that is to say the number of times it can restore the same level of energy after each new recharge. The drop in the level of available energy as the charging and discharging cycles can have several origins, such as the formation of a passivation layer on the electrodes and the degradation of the electrolyte in particular.
La dégradation de l'électrolyte est notamment due à une cascade de réactions irréversibles dans l'électrolyte et notamment à l'action chimique des alcoolates (formé par décomposition du solvant) sur le solvant lui-même conduisant à des produits de dégradation. L'électrolyte devient donc, au cours des cycles, « pollué » et remplit moins bien sa fonction de conducteur ionique. De plus, les produits de dégradations générés se déposent à la surface des électrodes. Cela conduit à des batteries qui perdent, à chaque cycle, de la capacité énergétique et de la puissance jusqu'à ce que la batterie devienne inutilisable. Afin d'améliorer la cyclabilité des batteries lithium-ion, Aurbach et al (Electrochim. Acta, 47, (2002), 1423-1439) ont proposé d'utiliser du carbonate de vinylène (ou 1,3-dioxol-2-one) en tant qu'additif de l'électrolyte. L'additif réagit à la surface des électrodes et forme une couche de passivation. Cependant, ce film peut augmenter la résistivité de l'électrode, ce qui diminue les capacités en termes de puissance de la batterie. Ainsi, il existe un besoin d'utiliser de nouveaux composés qui peuvent inhiber l'action des alcoolates sur le solvant de l'électrolyte afin de le stabiliser, ceci afin de permettre d'améliorer la cyclabilité de ces batteries, sans compromettre leur puissance. Il a maintenant été découvert que l'utilisation de composés comprenant une fonction borate en tant qu'additif des électrolytes de batteries lithium-ion permettait de répondre aux problèmes techniques ci-dessus mentionnés. En particulier, ces composés, une fois dissous dans l'électrolyte, agissent en tant que complexant vis-à-vis des alcoolates. Les alcoolates sont de plus, capturées préférentiellement par rapport à d'autres anions pouvant être présents dans l'électrolyte (ion fluorure notamment). Ces composés permettent donc de piéger les alcoolates et ainsi empêcher la formation de réactions en cascade irréversibles. Les autres éléments de l'électrolyte restent donc intègres. Le résultat est que les batteries comprenant un tel électrolyte ont une meilleure cyclabilité, c'est-à-dire qu'elles peuvent être utilisées pendant un plus grand nombre de cycles à une capacité énergétique maintenue. De plus, l'effet technique est obtenu avec une concentration faible en composés comportant une fonction borate.The degradation of the electrolyte is notably due to a cascade of irreversible reactions in the electrolyte and in particular to the chemical action of the alcoholates (formed by decomposition of the solvent) on the solvent itself, leading to degradation products. The electrolyte thus becomes, during the cycles, "polluted" and performs less well its function of ionic conductor. In addition, the generated degradation products are deposited on the surface of the electrodes. This leads to batteries that lose, at each cycle, energy capacity and power until the battery becomes unusable. In order to improve the cycling of lithium-ion batteries, Aurbach et al (Electrochim Acta, 47, (2002), 1423-1439) have proposed the use of vinylene carbonate (or 1,3-dioxol-2-one). ) as an additive of the electrolyte. The additive reacts with the surface of the electrodes and forms a passivation layer. However, this film can increase the resistivity of the electrode, which decreases the capacity in terms of battery power. Thus, there is a need to use new compounds that can inhibit the action of alcoholates on the electrolyte solvent to stabilize it, in order to improve the cyclability of these batteries, without compromising their power. It has now been discovered that the use of compounds comprising a borate function as an additive for electrolytes of lithium-ion batteries makes it possible to respond to the technical problems mentioned above. In particular, these compounds, once dissolved in the electrolyte, act as a complexing agent with respect to the alkoxides. The alkoxides are more preferably captured relative to other anions that may be present in the electrolyte (fluoride ion in particular). These compounds thus make it possible to trap alcoholates and thus prevent the formation of irreversible cascade reactions. The other elements of the electrolyte therefore remain intact. The result is that batteries comprising such an electrolyte have better cyclability, that is, they can be used for a greater number of cycles at a maintained energy capacity. In addition, the technical effect is obtained with a low concentration of compounds having a borate function.
Enfin, les composés visés peuvent être utilisés en combinaison avec d'autres additifs et sont solubles dans l'électrolyte. De plus, leur synthèse est déjà connue comme expliqué ci-après. D' autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description, des exemples et de la figure unique qui suivent. La figure unique décrit la capacité énergétique normalisée de deux batteries, une selon l'invention et une comparative, en fonction du nombre de cycles de charge et de décharge.Finally, the targeted compounds can be used in combination with other additives and are soluble in the electrolyte. In addition, their synthesis is already known as explained below. Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly on reading the description, the examples and the single figure which follow. The single figure describes the standardized energy capacity of two batteries, one according to the invention and a comparative one, as a function of the number of charging and discharging cycles.
L'invention a donc pour objet l'utilisation d'un ou plusieurs composés comportant une fonction borate, sous une forme complexée ou non, pour inhiber l'action des alcoolates sur la dégradation de l'électrolyte des cellules électrochimiques. Le ou lesdits composés comportant du borate peuvent être sous forme complexée ou non. Lorsque le ou lesdits composés sont sous forme non-complexée, ils sont de préférence choisis parmi les composés tels que définis dans la formule (I) suivante : O\ O/ B (I) - Y étant un groupe alkyle ou un groupe nitro, - Zi et Z2 indépendamment l'un de l'autre, étant un groupe CH2 ou un groupe C=O.The subject of the invention is therefore the use of one or more compounds comprising a borate functional group, in a complexed or non-complexed form, for inhibiting the action of alcoholates on the degradation of the electrolyte of electrochemical cells. The borate-containing compound or compounds may be in complexed form or not. When the said compound (s) are in non-complexed form, they are preferably chosen from the compounds as defined in the following formula (I): ## STR2 ## where Y is an alkyl group or a nitro group, Z1 and Z2 independently of one another, being a CH2 group or a C = O group.
De manière préférée, Y est choisi parmi un groupe alkyle en Ci-C3 ou un groupe nitro. De manière particulièrement préférée, Y est choisi parmi un groupe méthyle, un groupe éthyle ou un groupe nitro. De manière tout particulièrement préférée, le ou lesdits composés selon la formule (I) sont de préférence choisis parmi le composé avec Y = CH3 et Zi = Z2 = un groupe C=0.Preferably, Y is selected from a C 1 -C 3 alkyl group or a nitro group. In a particularly preferred manner, Y is chosen from a methyl group, an ethyl group or a nitro group. Most preferably, the one or more compounds according to formula (I) are preferably selected from the compound with Y = CH 3 and Z 1 = Z 2 = a group C = O.
Lorsque le ou lesdits composés sont sous forme complexée, ils sont de préférence choisis parmi les composés tels que définis dans la formule (II) suivante : A (II) - Y' étant un groupe alkyle ou un groupe nitro, - Z'i et Z'2 indépendamment l'un de l'autre, étant un groupe CH2 ou un groupe C=O, - A est un cation métallique, de préférence choisi parmi Na, K et Li.When the one or more compounds are in complexed form, they are preferably chosen from the compounds as defined in the following formula (II): A (II) - Y 'being an alkyl group or a nitro group, - Z'i and Z'2 independently of one another, being a group CH2 or a group C = O, - A is a metal cation, preferably selected from Na, K and Li.
De manière préférée, Y' est choisi parmi un groupe alkyle en Ci-C3 ou un groupe nitro. De manière particulièrement préférée, Y' est choisi parmi un groupe méthyle, un groupe éthyle ou un groupe nitro. De manière tout particulièrement préférée, le ou lesdits composés selon la formule (II) sont de préférence choisis parmi les composés avec Y' = CH3, Z'l = Z'2 = un groupe C=0 et A = Li, Na ou K. Que le ou les composés comportant une fonction borate soient sous forme complexée ou non, le mode d'action pour inhiber les alcoolates est le même. Il consiste à complexer les ions alcoolates formés. Dans le cas des composés complexés, l'atome de fluor est remplacé par la molécule d'alcoolate La synthèse de ces composés comportant une fonction borate qu'ils soient sous forme complexée ou non, peut être réalisée notamment à partir du document US 2011/0171112. Les composés obtenus se présentent généralement sous forme solide. Ils sont généralement solubles dans les solvants aprotiques polaires comme les esters de carbonates ou les éthers.Preferably, Y 'is chosen from a C 1 -C 3 alkyl group or a nitro group. In a particularly preferred manner, Y 'is chosen from a methyl group, an ethyl group or a nitro group. Most preferably, the compound or compounds according to formula (II) are preferably chosen from compounds with Y '= CH3, Z'l = Z'2 = a group C = O and A = Li, Na or K Whether or not the compounds having a borate function are in complexed form or not, the mode of action for inhibiting alcoholates is the same. It consists of complexing the alcoholate ions formed. In the case of complexed compounds, the fluorine atom is replaced by the alcoholate molecule. The synthesis of these compounds comprising a borate function, whether they are in complexed or non-complexed form, can be carried out in particular from document US 2011 / 0171112. The compounds obtained are generally in solid form. They are generally soluble in polar aprotic solvents such as carbonate esters or ethers.
Dans une mode de réalisation particulier, le ou les composés comprenant une fonction borate peuvent être greffés ou encapsulés au moyen d'une charge minérale. La charge minérale est de préférence choisie parmi A1203, TiO2, BaTiO3, SiO2, ZrO2, LiA1O2, MgO. L'efficacité de l'inhibition des alcoolates reste équivalente à la version non encapsulée des composés comprenant une fonction borate. Selon l'invention, le ou lesdits composés comportant une fonction borate représentent de préférence de 0,1 % à 10 % en poids, plus préférentiellement de 0,5 % à 5 % en poids, et en particulier de 1,5 % à 3 % en poids, par rapport au poids total de l'électrolyte. Le ou les composés comprenant une fonction borate utilisés selon l'invention réagissent avec les alcoolates afin d'inhiber leur action néfaste sur le solvant de l'électrolyte.In a particular embodiment, the compound or compounds comprising a borate function may be grafted or encapsulated by means of a mineral filler. The inorganic filler is preferably selected from Al 2 O 3, TiO 2, BaTiO 3, SiO 2, ZrO 2, LiAlO 2, MgO. The effectiveness of the alcoholate inhibition remains equivalent to the unencapsulated version of the compounds comprising a borate function. According to the invention, the one or more compounds comprising a borate functional group represent preferably from 0.1% to 10% by weight, more preferably from 0.5% to 5% by weight, and in particular from 1.5% to 3% by weight. % by weight, based on the total weight of the electrolyte. The compound or compounds comprising a borate function used according to the invention react with the alcoholates to inhibit their harmful action on the solvent of the electrolyte.
Le ou lesdits alcoolates sont notamment les composés de formule (III) suivante : R-0 M+ (III) - R étant un groupe alkyle, et de préférence un groupe méthyle. - M étant un cation métallique, de préférence le lithium. De manière préféré, l'alcoolate que l'on cherche à inhiber dans l'électrolyte est le méthanolate ou l'éthanolate de lithium. De manière générale, les alcoolates sont issus de la réduction électrochimique du solvant d'électrolyte, ou des réactions chimiques entre les produits de dégradations de solvant d'électrolyte. Ceci concerne notamment des solvants tels que les esters de carbonates ou les éthers. Une fois formé, le ou les alcoolates réagissent avec les composés contenus dans 1 ' électrolyte, et plus particulièrement réagissent avec les molécules de solvant de l'électrolyte. La présence d'un ou plusieurs composés utilisés selon l'invention permet d'éviter cette réaction.The alcoholate (s) are, in particular, the compounds of formula (III) below: R-O M + (III) - R being an alkyl group, and preferably a methyl group. M being a metal cation, preferably lithium. In a preferred manner, the alkoxide that is to be inhibited in the electrolyte is lithium methanolate or ethanolate. In general, the alcoholates are derived from the electrochemical reduction of the electrolyte solvent, or chemical reactions between the electrolyte solvent degradative products. This concerns in particular solvents such as carbonate esters or ethers. Once formed, the alcoholate (s) react with the compounds contained in the electrolyte, and more particularly react with the solvent molecules of the electrolyte. The presence of one or more compounds used according to the invention makes it possible to avoid this reaction.
De manière préférée, l'électrolyte comprend un ou plusieurs solvants aprotiques polaires choisis de préférence, parmi les esters de carbonate et les éthers, la y-butyrolactone et leurs mélanges. A titre d'ester de carbonate, on peut notamment citer le carbonate de diméthyle, le carbonate de diéthyle, le carbonate d'éthyle et de méthyle, le carbonate d'éthylène, le carbonate de propylène, le carbonate de butylène et un mélange de ces composés. Il est à la connaissance de l'homme de l'art que les solvants susceptibles de se co-intercaler comme le carbonate de propylène avec le lithium dans l'électrode négative de graphite ne peuvent être utilisé purs et doivent être dilués pour éviter ce phénomène. A titre d'éther, on peut notamment citer le tétrahydrofurane, les éthers méthyliques des oligo-éthylène glycols de formule générale CH30(CH2CH20).CH3 avec 1 < n < 4 et un mélange de ces composés.Preferably, the electrolyte comprises one or more polar aprotic solvents preferably chosen from carbonate esters and ethers, γ-butyrolactone and mixtures thereof. As carbonate ester, mention may especially be made of dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl and methyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and a mixture of these compounds. It is known to those skilled in the art that solvents capable of being co-interposed, such as propylene carbonate with lithium in the negative graphite electrode, can not be used pure and must be diluted to prevent this phenomenon. . As ether, mention may especially be made of tetrahydrofuran, methyl ethers of oligoethylene glycols of general formula CH30 (CH2CH2O) .CH3 with 1 <n <4 and a mixture of these compounds.
De manière préférée, le ou les composés comprenant une fonction borate sont utilisés selon l'invention dans l'électrolyte de batteries du type lithium-ion. Cependant, le ou les composés comportant une fonction borate peuvent aussi être utilisés dans l'électrolyte de batteries sodium-ion ou potassium ion ou dans tout autre système dans lesquels des alcoolates peuvent avoir un effet néfaste sur la capacité de la batterie. L'invention a aussi pour objet un électrolyte de cellule électrochimique comprenant un ou plusieurs composés comprenant une fonction borate choisis parmi les composés de formule (I) ou (II) ci- dessus décrites. De manière préférée, dans l'électrolyte décrit ci-dessus, le ou les composés comprenant une fonction borate représentent de 0,1 % à 10 % en poids, de préférence de 0,5 % à 5 % en poids, et en particulier de 1,5 % à 3 % en poids, par rapport au poids total de l'électrolyte.Preferably, the compound or compounds comprising a borate function are used according to the invention in the lithium-ion battery electrolyte. However, the borate functional compound (s) may also be used in sodium ion or potassium ion battery electrolyte or any other system in which alcoholates may adversely affect battery capacity. The subject of the invention is also an electrochemical cell electrolyte comprising one or more compounds comprising a borate functional group chosen from the compounds of formula (I) or (II) described above. Preferably, in the electrolyte described above, the compound or compounds comprising a borate function represent from 0.1% to 10% by weight, preferably from 0.5% to 5% by weight, and in particular from 1.5% to 3% by weight, based on the total weight of the electrolyte.
L'invention a également pour objet une cellule électrochimique comprenant une anode, une cathode et un électrolyte, ledit électrolyte étant tel que défini ci-dessus. L'anode et la cathode peuvent être choisies parmi toutes les électrodes connues de l'homme du métier. 7 batterie lithium-ion fonction d'illustrer Enfin, l'invention a pour objet une comprenant l'électrolyte tel que défini ci-dessus. Les exemples qui suivent ont pour l'invention sans toutefois la limiter. Exemples Les exemples suivants visent à montrer l' efficacité des 10 composés comportant une fonction borate en tant qu'inhibiteur des alcoolates. Pour ce faire, on étudie notamment la présence de méthanolate par l'intermédiaire de la présence ou non des composés 11 ou l'i en fonction du mélange de solvants utilisé : 15 0 [ Intermédiaire A Me0 + 0 0 DMC [ Intermédiaire A] + ou DEC 0 0 OU 0 1' 0 Ces composés li et r i sont obtenus par réaction d'un alcoolate avec un premier solvant qui est une molécule de carbonate d'éthylène 20 (EC). L'intermédiaire A ainsi formé, réagit ensuite avec le deuxième solvant (carbonate de diméthyle (DMC) ou de diéthyle (DEC)) pour former le composé 11 ou le composé Ainsi la présence de ces composés est un indicateur de la présence de méthanolate ou d'éthanolate (et plus généralement 25 d' alcoolates) dans l'électrolyte.The invention also relates to an electrochemical cell comprising an anode, a cathode and an electrolyte, said electrolyte being as defined above. The anode and the cathode can be chosen from all the electrodes known to those skilled in the art. Finally, the invention relates to a battery comprising the electrolyte as defined above. The examples which follow have for the invention without however limiting it. Examples The following examples are intended to show the effectiveness of compounds having a borate function as an alcoholate inhibitor. For this purpose, the presence of methanolate is examined, for example, by the presence or absence of compounds 11 or 1, depending on the solvent mixture used: [Intermediate A Me0 + 0 0 DMC [Intermediate A] + These compounds li and ri are obtained by reacting an alkoxide with a first solvent which is an ethylene carbonate molecule (EC). Intermediate A thus formed, then reacts with the second solvent (dimethyl carbonate (DMC) or diethyl (DEC)) to form compound 11 or the compound. Thus the presence of these compounds is an indicator of the presence of methanolate or ethanolate (and more generally alcoholates) in the electrolyte.
Les deux systèmes de solvant sont étudiés : carbonate d'éthylène/carbonate de diméthyle d'une part, et carbonate d'éthylène/carbonate de diéthyle d'autre part.The two solvent systems are studied: ethylene carbonate / dimethyl carbonate on the one hand, and ethylene carbonate / diethyl carbonate on the other hand.
Exemple 1 : Electrolyte du type carbonate d'éthylène/carbonate de diméthyle (EC/DMC) Deux solutions électrolytiques sont préparées selon le tableau 1 ci-dessous : Tableau 1 : Solution électrolytique A B(1) Solvant EC/DMC EC/DMC (1/1 m/m(2)) (1/1 m/m(2)) Sel électrolytique LiPF6 LiPF6 (1 mol/L) (1 mol/L) Composé à fonction borate Composé 1(3) - 3 % en poids (1) Electrolyte du commerce connu sous l'appellation LP30 (2) Rapport massique (3) Le composé de formule (I) avec Y = CH3 et Z1 = Z2 = le groupe C=0. Deux cellules électrochimiques sont préparées à partir des solutions électrolytiques A et B ci-dessus. Les cellules sont de type Swagelok®. L'électrode négative est à base de graphite. L'électrode positive commerciale utilisée dans cet exemple est à base d'un mélange LiMn204/LiNiii3Mh113C01/302, (1 :1 en masse). Deux séparateurs en borosilicate Whatman GF/D, imbibés de 1600_, d'électrolyte A ou B, se placent entre les deux électrodes. Les cellules sont ensuite soumises à une charge pendant 6 heures à C/50 (une charge complète en 50h) puis la composition de l'électrolyte est analysée par GC/MS (Chromatographie en phase gazeuse associée à une spectrométrie de masse) après ouverture de la cellule. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 2 ci-dessous : Tableau 2 : Composé étudié Quantité (pourcentage relatif déterminé par l'intégration des pics de produit en GC/MS) Solution A Solution B Carbonate d'éthylène 100 % 100 % Composé li < 1 % 21 % Ce tableau montre bien la disparition du composé 1 i dans la solution électrolytique A contenant l'additif à la différence de la solution électrolytique B n'en contenant pas. Par conséquent, cela prouve que le composé 11 n'a pas pu être formé dans le milieu et donc que les alcoolates sont inhibés par l'additif. Exemple 2 : Electrolyte du type carbonate d'éthylène/carbonate de diéthyle (EC/DEC) Deux solutions électrolytiques sont préparées selon le tableau 3 ci-dessous : Tableau 3 : Solution électrolytique C D Solvant EC/DEC EC/DEC (3/7 v/v(1)) (3/7 v/v(1)) Sel électrolytique LiPF6 LiPF6 (1 mol/L) (1 mol/L) Composé à fonction borate Composé 2(2) - 1.5 % en poids (1) Rapport volumique (2) le composé (I) avec Y = C2H5 et Z1 = Z2 = le groupe C=O, 1,5 % massique De la même manière que pour l'exemple 1 ci-dessus, deux cellules sont préparées et chargées jusqu'à atteindre une charge complète (50 heures à C/50). La composition de leur électrolyte est analysée.Example 1: Electrolyte of ethylene carbonate / dimethyl carbonate type (EC / DMC) Two electrolytic solutions are prepared according to Table 1 below: Table 1: AB electrolytic solution (1) EC / DMC solvent EC / DMC (1) / 1 m / m (2)) (1/1 m / m (2)) LiPF6 LiPF6 electrolyte salt (1 mol / L) (1 mol / L) Borate compound Compound 1 (3) - 3% by weight (1) Commercial electrolyte known as LP30 (2) Mass ratio (3) The compound of formula (I) with Y = CH3 and Z1 = Z2 = the group C = O. Two electrochemical cells are prepared from the electrolytic solutions A and B above. The cells are of Swagelok® type. The negative electrode is based on graphite. The commercial positive electrode used in this example is based on a LiMn 2 O 4 / LiN 3 Cl 3 Mh 3 ClO / 302 mixture (1: 1 by mass). Two Whatman GF / D borosilicate separators, impregnated with 1600, of electrolyte A or B, are placed between the two electrodes. The cells are then subjected to a charge for 6 hours at C / 50 (a complete charge in 50h) then the composition of the electrolyte is analyzed by GC / MS (gas chromatography associated with mass spectrometry) after opening. the cell. The results are collated in Table 2 below: Table 2: Compound studied Amount (relative percentage determined by the integration of the product peaks in GC / MS) Solution A Solution B Ethylene carbonate 100% 100% Compound li 1% 21% This table shows the disappearance of the compound 1 i in the electrolyte solution A containing the additive unlike the electrolyte solution B does not contain it. Therefore, this proves that the compound 11 could not be formed in the medium and therefore that the alcoholates are inhibited by the additive. EXAMPLE 2 Electrolyte of the ethylene carbonate / diethyl carbonate type (EC / DEC) Two electrolytic solutions are prepared according to Table 3 below: TABLE 3 Electrolytic solution CD Solvent EC / DEC EC / DEC (3/7 v / v (1)) (3/7 v / v (1)) Electrolytic salt LiPF6 LiPF6 (1 mol / L) (1 mol / L) Compound with borate function Compound 2 (2) - 1.5% by weight (1) Ratio by volume (2) the compound (I) with Y = C2H5 and Z1 = Z2 = the group C = O, 1.5% by weight In the same way as for example 1 above, two cells are prepared and loaded until reaching a full charge (50 hours at C / 50). The composition of their electrolyte is analyzed.
Les résultats sont rassemblés dans le tableau 4 ci-dessous : Tableau 4 : Composé étudié Quantité (pourcentage relatif déterminé par l'intégration des pics de produit en GC/MS) Solution C Solution D Carbonate d'éthylène 100 % 100 % Composé 1'1 < 0,1 % 30 % Ce tableau montre bien la disparition du composé dans la solution électrolytique C contenant l'additif à la différence de la solution électrolytique D n'en contenant pas.The results are summarized in Table 4 below: Table 4: Compound studied Amount (relative percentage determined by the integration of product peaks in GC / MS) Solution C Solution D Ethylene carbonate 100% 100% Compound 1 ' 1 <0.1% 30% This table shows the disappearance of the compound in the electrolyte solution C containing the additive unlike the electrolytic solution D does not contain it.
Par conséquent, cela prouve que le composé 1' i n'a pas pu être formé dans le milieu et donc que les alcoolates sont inhibés par l'additif. Dans ces deux cas, les composés comportant une fonction borates piègent les alcoolates et empêchent leur action de dégradation vis-à-vis des solvants par réactions chimiques. Ainsi, dès la première charge, l'action bénéfique du composé comportant une fonction borate est observée par l'absence de produits de dégradation.Therefore, this proves that the compound 1 'i could not be formed in the medium and therefore that the alcoholates are inhibited by the additive. In these two cases, the compounds comprising a borate function trap alcoholates and prevent their degradation action vis-à-vis solvents by chemical reactions. Thus, from the first charge, the beneficial action of the compound having a borate function is observed by the absence of degradation products.
Exemple 3 : Cyclabilité Deux batteries à partir des électrolytes de l'exemple 1 ci-dessus sont préparées. Elles sont assemblées sous forme de piles- boutons. L'électrode négative est à base de graphite. L'électrode positive commerciale utilisée, dans cet exemple, est à base d'un mélange LiMn204/LiNiii3Mhii3C01/302, (1:1 en masse). Le séparateur est en borosilicate Whatman GF/D. Chaque pile contient 150 1.11_, d' électrolyte.Example 3 Cyclability Two batteries from the electrolytes of Example 1 above are prepared. They are assembled in the form of button batteries. The negative electrode is based on graphite. The commercial positive electrode used, in this example, is based on a mixture LiMn 2 O 4 / LiNi 3 MoI 3 ClO / 302, (1: 1 by mass). The separator is made of Whatman GF / D borosilicate. Each cell contains 150 liters of electrolyte.
Des cycles de charge/décharge sont effectués sur ces batteries et la capacité énergétique normalisée de ces batteries est étudiée. Les résultats de cyclabilité sont rassemblés dans la figure 1. Cette figure unique présente les niveaux de capacité énergétique normalisée des deux batteries en fonction des cycles de charge et décharge. La courbe 2 de cette figure représente l'évolution de la capacité énergétique de la batterie selon l'invention comprenant l'électrolyte A. La courbe 1 de cette figure représente l'évolution de la 30 capacité énergétique de la batterie comparative comprenant l'électrolyte B. L'action bénéfique du composé comportant une fonction borate se traduit par une meilleure cyclabilité à long terme des batteries contenant ce composé dans leur électrolyte.Charge / discharge cycles are carried out on these batteries and the standardized energy capacity of these batteries is studied. The cyclability results are collated in Figure 1. This single figure shows the normalized energy capacity levels of the two batteries as a function of charge and discharge cycles. Curve 2 of this figure represents the evolution of the energy capacity of the battery according to the invention comprising the electrolyte A. Curve 1 of this figure represents the evolution of the energy capacity of the comparative battery comprising the electrolyte B. The beneficial action of the compound having a borate function results in a better long-term cyclability of the batteries containing this compound in their electrolyte.
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