FR3058573A1 - ELECTROCHEMICAL CELL FOR LITHIUM ION BATTERY COMPRISING A SPECIFIC POSITIVE ELECTRODE ON ALUMINUM COLLECTOR AND A SPECIFIC ELECTROLYTE - Google Patents

ELECTROCHEMICAL CELL FOR LITHIUM ION BATTERY COMPRISING A SPECIFIC POSITIVE ELECTRODE ON ALUMINUM COLLECTOR AND A SPECIFIC ELECTROLYTE Download PDF

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Abstract

L'invention a trait à une cellule électrochimique pour batterie lithium-ion comprenant : -une électrode négative ; -une électrode positive comprenant, comme matériau actif, un composé oxyde répondant à la formule générale LIMO2, dans laquelle M est un élément choisi parmi Ni, Co, Mn, Al, Mg et les mélanges de ceux-ci, ladite électrode positive étant associée à un collecteur de courant en aluminium; et -un électrolyte disposé entre ladite électrode négative et ladite électrode positive, ledit électrolyte comprenant, comme sel de lithium, du bis(trifluorométhylsulfonyl)imidure de lithium, et comprenant, comme solvant organique, du carbonate de trifluoropropylène.The invention relates to an electrochemical cell for a lithium-ion battery comprising: a negative electrode; a positive electrode comprising, as active material, an oxide compound having the general formula LIMO 2, in which M is a member selected from Ni, Co, Mn, Al, Mg and mixtures thereof, said positive electrode being associated an aluminum current collector; and an electrolyte disposed between said negative electrode and said positive electrode, said electrolyte comprising, as lithium salt, lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, and comprising, as organic solvent, trifluoropropylene carbonate.

Description

Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES Etablissement public, RHODIA OPERATIONS Société par actions simplifiée.Holder (s): ATOMIC ENERGY AND ALTERNATIVE ENERGY COMMISSIONER Public establishment, RHODIA OPERATIONS Simplified joint-stock company.

Demande(s) d’extensionExtension request (s)

Mandataire(s) : BREVALEX Société à responsabilité limitée.Agent (s): BREVALEX Limited liability company.

FR 3 058 573 - A1FR 3 058 573 - A1

Q4) CELLULE ELECTROCHIMIQUE POUR BATTERIE LITHIUM-ION COMPRENANT UNE ELECTRODE POSITIVE SPECIFIQUE SUR COLLECTEUR EN ALUMINIUM ET UN ELECTROLYTE SPECIFIQUE.Q4) ELECTROCHEMICAL CELL FOR LITHIUM-ION BATTERY COMPRISING A SPECIFIC POSITIVE ELECTRODE ON AN ALUMINUM MANIFOLD AND A SPECIFIC ELECTROLYTE.

©) L'invention a trait à une cellule électrochimique pour batterie lithium-ion comprenant:The invention relates to an electrochemical cell for a lithium-ion battery comprising:

-une électrode négative;-a negative electrode;

-une électrode positive comprenant, comme matériau actif, un composé oxyde répondant à la formule générale LIMO2, dans laquelle M est un élément choisi parmi Ni, Co,a positive electrode comprising, as active material, an oxide compound corresponding to the general formula LIMO 2 , in which M is an element chosen from Ni, Co,

Mn, Al, Mg et les mélanges de ceux-ci, ladite électrode positive étant associée à un collecteur de courant en aluminium; etMn, Al, Mg and mixtures thereof, said positive electrode being associated with an aluminum current collector; and

-un électrolyte disposé entre ladite électrode négative et ladite électrode positive, ledit électrolyte comprenant, comme sel de lithium, du bis(trifluorométhylsulfonyl)imidure de lithium, et comprenant, comme solvant organique, du carbonate de trifluoropropylène.an electrolyte disposed between said negative electrode and said positive electrode, said electrolyte comprising, as lithium salt, lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, and comprising, as organic solvent, trifluoropropylene carbonate.

CELLULE ELECTROCHIMIQUE POUR BATTERIE LITHIUM-ION COMPRENANT UNE ELECTRODE POSITIVE SPECIFIQUE SUR COLLECTEUR EN ALUMINIUM ET UNELECTROCHEMICAL CELL FOR LITHIUM-ION BATTERY COMPRISING A SPECIFIC POSITIVE ELECTRODE ON AN ALUMINUM MANIFOLD AND A

ELECTROLYTE SPECIFIQUESPECIFIC ELECTROLYTE

DESCRIPTIONDESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

La présente invention a trait à une cellule de batterie lithium-ion originale comprenant une association originale entre une électrode positive spécifique sur collecteur de courant en aluminium et un électrolyte spécifique, permettant notamment, d'obtenir d'excellentes performances sans phénomène de dissolution anodique de l'aluminium constitutif du collecteur de courant.The present invention relates to an original lithium-ion battery cell comprising an original association between a specific positive electrode on an aluminum current collector and a specific electrolyte, making it possible in particular to obtain excellent performance without the phenomenon of anodic dissolution of the aluminum constituting the current collector.

Le domaine général de l'invention peut être ainsi défini comme étant celui des batteries du type lithium-ion.The general field of the invention can thus be defined as that of batteries of the lithium-ion type.

Les batteries du type lithium-ion sont de plus en plus utilisées comme source d'énergie autonome, en particulier, dans les équipements électroniques portables (tels que les téléphones mobiles, les ordinateurs portables, l'outillage), où elles remplacent progressivement les batteries nickel-cadmium (NiCd) et nickel-hydrure métallique (NiMH). Elles sont également très utilisées pour fournir l'alimentation en énergie nécessaire aux nouvelles microapplications, telles que les cartes à puce, les capteurs ou autres systèmes électromécaniques.Batteries of the lithium-ion type are increasingly used as an autonomous energy source, in particular in portable electronic equipment (such as mobile phones, laptops, tools), where they are gradually replacing the batteries nickel-cadmium (NiCd) and nickel-metal hydride (NiMH). They are also widely used to provide the power supply necessary for new micro applications, such as smart cards, sensors or other electromechanical systems.

Les batteries du type lithium-ion fonctionnent sur le principe d'insertion-désinsertion (ou lithiation-délithiation) du lithium selon le principe suivant.Batteries of the lithium-ion type operate on the principle of insertion-disinsertion (or lithiation-delithiation) of lithium according to the following principle.

Lors de la décharge de la batterie, le lithium désinséré de l'électrode négative sous forme ionique Li+ migre à travers l'électrolyte conducteur ionique et vient s'intercaler dans le réseau cristallin du matériau actif de l'électrode positive. Le passage de chaque ion Li+ dans le circuit interne de la batterie est exactement compensé par le passage d'un électron dans le circuit externe, générant ainsi un courant électrique. La densité d'énergie massique libérée par ces réactions est à la fois proportionnelle à la différence de potentiel entre les deux électrodes et à la quantité de lithium qui se sera intercalée dans le matériau actif de l'électrode positive.During the discharge of the battery, the lithium disinserted from the negative electrode in ionic form Li + migrates through the ion-conducting electrolyte and comes to be inserted in the crystal lattice of the active material of the positive electrode. The passage of each Li + ion in the internal circuit of the battery is exactly compensated by the passage of an electron in the external circuit, thus generating an electric current. The density of mass energy released by these reactions is both proportional to the potential difference between the two electrodes and to the quantity of lithium which will be inserted in the active material of the positive electrode.

Lors de la charge de la batterie, les réactions se produisant au sein de la batterie sont les réactions inverses de la décharge, à savoir que :When charging the battery, the reactions occurring within the battery are the reverse reactions of the discharge, namely that:

-l'électrode négative va insérer du lithium dans le réseau du matériau la constituant ; etthe negative electrode will insert lithium into the network of the material constituting it; and

-l'électrode positive va libérer du lithium.-the positive electrode will release lithium.

De par ce principe de fonctionnement, les batteries du type lithium-ion nécessitent deux composés d'insertion différents à l'électrode négative et à l'électrode positive.By virtue of this operating principle, batteries of the lithium-ion type require two different insertion compounds at the negative electrode and at the positive electrode.

Que ce soit pour l'électrode négative ou l'électrode positive, chacune d'entre elles est, avantageusement, associée à un collecteur de courant métallique, qui, comme son nom l'indique, permet d'acheminer le courant, donc les électrons, vers l'extérieur de la cellule électrochimique.Whether for the negative electrode or the positive electrode, each of them is, advantageously, associated with a metal current collector, which, as its name suggests, makes it possible to convey the current, therefore the electrons , towards the outside of the electrochemical cell.

Il peut être notamment avantageux d'associer un collecteur de courant en aluminium à au moins l'une des électrodes, car l'aluminium présente, entre autres, pour avantage, une faible densité, ce qui permet un gain en densité d'énergie massique pour la cellule.It may in particular be advantageous to associate an aluminum current collector with at least one of the electrodes, since aluminum has, among other things, for advantage, a low density, which allows a gain in mass energy density for the cell.

En revanche, en utilisant de l'aluminium comme collecteur de courant au moins pour l'électrode positive se pose la difficulté du phénomène de dissolution anodique, qui intervient notamment avec des matériaux actifs d'électrode positive, qui permettent d'accéder à une tension de cellule d'au moins 4 V et avec des sels de lithium, comme le bis(trifluorométhylsulfonyl)imidure de lithium (connu sous l'abréviation LiTFSI), qui s'avère être un sel particulièrement intéressant, car il ne forme peu ou pas d'acide fluorhydrique en cas de dégradation, contrairement à d'autres sels de lithium comme LÎPF6 et peut être utilisé à des températures plus élevées et dans une atmosphère moins protectrice.On the other hand, using aluminum as a current collector at least for the positive electrode arises the difficulty of the phenomenon of anodic dissolution, which occurs in particular with active materials of positive electrode, which allow access to a voltage. cell of at least 4 V and with lithium salts, such as bis (trifluoromethylsulfonyl) lithium imide (known by the abbreviation LiTFSI), which turns out to be a particularly interesting salt, because it forms little or no hydrofluoric acid in case of degradation, unlike other lithium salts like LÎPF6 and can be used at higher temperatures and in a less protective atmosphere.

Pour résoudre cette problématique de dissolution anodique dans le contexte susmentionné, plusieurs solutions ont été proposées parmi lesquelles :To solve this problem of anodic dissolution in the aforementioned context, several solutions have been proposed, including:

-l'introduction d'un sel d'adjonction, en sus du LiTFSI, comme BF4, ce qui induit, toutefois, une augmentation de la sensibilité à l'humidité de l'électrolyte ;the introduction of an addition salt, in addition to LiTFSI, such as BF4, which induces, however, an increase in the sensitivity to humidity of the electrolyte;

-la passivation du collecteur en aluminium consistant à créer un film de passivation à la surface de l'aluminium, en vue de diminuer la vitesse de corrosion de celui-ci, cette solution présentant toutefois un aspect temporaire du fait de la dégradation progressive du film de passivation ;the passivation of the aluminum collector consisting in creating a passivation film on the surface of the aluminum, with a view to reducing the corrosion rate of the latter, this solution however having a temporary appearance due to the progressive degradation of the film passivation;

-la recherche d'alternatives à l'aluminium comme collecteur de courant, par exemple, des collecteurs carbonés ; et-the search for alternatives to aluminum as a current collector, for example, carbon collectors; and

-l'utilisation de sels alternatifs au LiTFSI comme le bis(perfluoroéthylsulfonyl)imidure de lithium (connu sous l'abréviation LiBETi), permettant d'induire un léger décalage du potentiel de dissolution de l'aluminium sans éliminer toutefois le problème.the use of alternative salts to LiTFSI such as bis (perfluoroethylsulfonyl) lithium imide (known by the abbreviation LiBETi), making it possible to induce a slight shift in the dissolution potential of aluminum without however eliminating the problem.

Aussi, au vu de qui existe déjà, les auteurs de la présente invention se sont fixé pour but de proposer une cellule électrochimique pour batterie lithium-ion apte à délivrer une tension importante (d'au moins 4 V) utilisant de l'aluminium pour le collecteur de courant pour au moins l'électrode positive et un sel imidure spécifique, sans que cela n'induise, en cours de fonctionnement de la cellule, un phénomène de dissolution anodique de l'aluminium.Also, in view of what already exists, the authors of the present invention have set themselves the aim of proposing an electrochemical cell for a lithium-ion battery capable of delivering a high voltage (of at least 4 V) using aluminum for the current collector for at least the positive electrode and a specific imide salt, without this inducing, during operation of the cell, a phenomenon of anodic dissolution of aluminum.

Partant de cela, ils ont découvert, de manière surprenante, qu'en utilisant, comme solvant organique de l'électrolyte, un solvant spécifique, il est possible de travailler dans l'environnement susmentionné sans être limité par le phénomène de dissolution anodique de l'aluminium.Starting from this, they discovered, surprisingly, that by using, as the organic solvent of the electrolyte, a specific solvent, it is possible to work in the abovementioned environment without being limited by the phenomenon of anodic dissolution of the 'aluminum.

EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION

Ainsi, l'invention a trait à une cellule électrochimique pour batterie lithium-ion comprenant :Thus, the invention relates to an electrochemical cell for a lithium-ion battery comprising:

-une électrode négative ;-a negative electrode;

-une électrode positive comprenant, comme matériau actif, un composé oxyde répondant à la formule générale LÎMO2, dans laquelle M est un élément choisi parmi Ni, Co, Mn, Al, Mg et les mélanges de ceux-ci, ladite électrode positive étant associée à un collecteur de courant en aluminium; eta positive electrode comprising, as active material, an oxide compound corresponding to the general formula LÎMO2, in which M is an element chosen from Ni, Co, Mn, Al, Mg and the mixtures thereof, said positive electrode being associated an aluminum current collector; and

-un électrolyte disposé entre ladite électrode négative et ladite électrode positive, ledit électrolyte comprenant, comme sel de lithium, du bis(trifluorométhylsulfonyl)imidure de lithium (dénommé également par l'abréviation LiTFSI), et comprenant, comme solvant organique, du carbonate de trifluoropropylène.an electrolyte placed between said negative electrode and said positive electrode, said electrolyte comprising, as lithium salt, lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (also known by the abbreviation LiTFSI), and comprising, as organic solvent, carbonate trifluoropropylene.

Le choix motivé du solvant organique constitutif de l'électrolyte permet d'éviter le phénomène de dissolution anodique de l'aluminium constitutif du collecteur de courant de l'électrode positive. En outre, les autres caractéristiques des cellules de l'invention permettent d'obtenir :The reasoned choice of the organic solvent constituting the electrolyte makes it possible to avoid the phenomenon of anodic dissolution of the aluminum constituting the current collector of the positive electrode. In addition, the other characteristics of the cells of the invention make it possible to obtain:

-une tension d'au moins 4 V, grâce au choix spécifique de matériau actif de l'électrode positive ; et-a voltage of at least 4 V, thanks to the specific choice of active material of the positive electrode; and

-une bonne conduction des ions lithium grâce au choix d'un sel spécifique imidure de lithium, sans risque de phénomène de dégradation de ceux-ci en acide fluorhydrique.-a good conduction of lithium ions thanks to the choice of a specific lithium imide salt, without risk of the phenomenon of degradation of these into hydrofluoric acid.

Avant d'entrer plus en détail dans l'exposé de cette invention, nous précisons les définitions suivantes.Before going into more detail in the description of this invention, we specify the following definitions.

Par électrode négative, on entend, classiquement, dans ce qui précède et ce qui suit, l'électrode qui fait office d'anode, quand la batterie débite du courant (c'est-à-dire lorsqu'elle est en processus de décharge) et qui fait office de cathode, lorsque la batterie est en processus de charge.By negative electrode is meant, conventionally, in what precedes and what follows, the electrode which acts as anode, when the battery delivers current (that is to say when it is in the process of discharging ) and which acts as a cathode, when the battery is in the process of charging.

Par électrode positive, on entend, classiquement, dans ce qui précède et ce qui suit, l'électrode qui fait office de cathode, quand la batterie débite du courant (c'est-à-dire lorsqu'elle est en processus de décharge) et qui fait office d'anode lorsque la batterie est en processus de charge.By positive electrode is meant, conventionally, in the foregoing and what follows, the electrode which acts as a cathode, when the battery delivers current (that is to say when it is in the process of discharging) and which acts as an anode when the battery is in the process of charging.

Selon l'invention, l'électrode positive est une électrode comprenant, comme matériau actif, un composé oxyde de formule (I) suivante :According to the invention, the positive electrode is an electrode comprising, as active material, an oxide compound of formula (I) below:

LiMOz (D dans laquelle M est un élément choisi parmi Ni, Co, Mn, Al, Mg et les mélanges de ceux-ci, et de préférence, encore, avec M étant un élément choisi parmi Ni, Co, Mn et les mélanges de ceux-ci.LiMOz (D in which M is an element chosen from Ni, Co, Mn, Al, Mg and mixtures thereof, and preferably still, with M being an element chosen from Ni, Co, Mn and mixtures of these.

D'un point de vue structural, le composé oxyde de formule ci-dessus présente une structure lamellaire.From a structural point of view, the oxide compound of the above formula has a lamellar structure.

A titre d'exemples de tels composés oxydes, on peut citer les oxydes lithiés LiCoCh, LINI02 et les oxydes mixtes Li(Ni,Co,Mn)O2 (tel que Li(Nii/3Mni/3Coi/3)O2) connu également sous la dénomination NMC).As examples of such oxide compounds, mention may be made of lithium oxides LiCoCh, LINI02 and mixed oxides Li (Ni, Co, Mn) O2 (such as Li (Nii / 3Mni / 3Coi / 3) O2) also known as NMC).

Outre la présence d'un matériau actif, tel que ceux définis ci-dessus, l'électrode positive peut comprendre un liant polymérique, tel que du polyfluorure de vinylidène (PVDF), un mélange carboxyméthylcellulose avec un latex du type styrène et/ou butadiène ainsi qu'éventuellement un ou plusieurs adjuvants conducteurs de l'électricité, qui peuvent être des matériaux carbonés comme du noir de carbone, des fibres de carbone obtenues en phase vapeur (connues sous l'abréviation VGCF).In addition to the presence of an active material, such as those defined above, the positive electrode may comprise a polymeric binder, such as polyvinylidene fluoride (PVDF), a carboxymethylcellulose mixture with a latex of the styrene and / or butadiene type. as well as optionally one or more electrically conductive adjuvants, which may be carbonaceous materials such as carbon black, carbon fibers obtained in the vapor phase (known by the abbreviation VGCF).

Ainsi, d'un point de vue structural, l'électrode positive peut se présenter sous forme d'un matériau composite comprenant une matrice en liant(s) polymérique(s), au sein de laquelle sont dispersées des charges constituées par le matériau actif et éventuellement le ou adjuvants conducteurs de l'électricité.Thus, from a structural point of view, the positive electrode can be in the form of a composite material comprising a matrix of polymeric binder (s), within which charges constituted by the active material are dispersed. and possibly the adjuvant or conductors of electricity.

L'électrode positive est associée, selon l'invention, à un collecteur de courant en aluminium, ce qui signifie, en d'autres termes, qu'elle est directement en contact avec ce collecteur, pour permettre l'acheminement du courant électrique vers l'extérieur de la cellule électrochimique. Le collecteur de courant peut se présenter sous forme d'un feuillard en aluminium. L'électrode positive, quant à elle, peut se présenter sous forme d'une couche enduite sur le collecteur de courant.The positive electrode is associated, according to the invention, with an aluminum current collector, which means, in other words, that it is directly in contact with this collector, to allow the routing of electric current to the outside of the electrochemical cell. The current collector can be in the form of an aluminum strip. The positive electrode, for its part, can be in the form of a coated layer on the current collector.

L'électrolyte susmentionné comprend au moins un sel de lithium, qui est le bis(trifluorométhylsulfonyl)imidure de lithium, et comprenant, comme solvant organique, du carbonate de trifluoropropylène.The above-mentioned electrolyte comprises at least one lithium salt, which is lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, and comprising, as organic solvent, trifluoropropylene carbonate.

Le bis(trifluorométhylsulfonyl)imidure de lithium répond à la formule (II) suivante :The lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide has the following formula (II):

^llX^ llX

Le sel de lithium peut être présent, dans l'électrolyte, à raison d'une concentration allant de 0,5 à 3 mol/L.The lithium salt may be present in the electrolyte at a concentration ranging from 0.5 to 3 mol / L.

Le carbonate de trifluoropropylène, quant à lui, répond à la formule suivante :Trifluoropropylene carbonate, meanwhile, has the following formula:

Le carbonate de trifluoropropylène constitue, avantageusement, 10 l'unique solvant organique compris dans l'électrolyte, ce qui signifie, en d'autres termes, que le carbonate de trifluoropropylène constitue 100% (en volume ou en masse) du solvant organique ou encore, en d'autres termes, que le solvant organique est constitué uniquement de carbonate de trifluoropropylène.Trifluoropropylene carbonate advantageously constitutes the only organic solvent included in the electrolyte, which means, in other words, that trifluoropropylene carbonate constitutes 100% (by volume or by mass) of the organic solvent or alternatively , in other words, that the organic solvent consists solely of trifluoropropylene carbonate.

Il s'entend que le carbone de trifluoropropylène peut exister sous l'un 15 ou l'autre de ses énantiomère ou les mélanges de ceux-ci.It is understood that the carbon of trifluoropropylene can exist in one or other of its enantiomers or mixtures thereof.

En outre, l'électrolyte peut comprendre au moins un additif répondant à l'une des formules (IV) et (V) suivantes :In addition, the electrolyte can comprise at least one additive corresponding to one of the following formulas (IV) and (V):

dans laquelle R1 et R2 représentent, indépendamment l'un de l'autre, H, Cl ou F, à la condition que R1 et R2 ne représentent pas tous les deux H.in which R 1 and R 2 represent, independently of one another, H, Cl or F, provided that R 1 and R 2 do not both represent H.

Le composé (V) peut être utilisé indifféremment sous ses différentes 5 formes isomères.Compound (V) can be used interchangeably in its various isomeric forms.

Le composé de formule (IV) peut être désigné par le nom de carbonate de vinylidène.The compound of formula (IV) can be designated by the name of vinylidene carbonate.

Concernant le composé de formule (V), un composé spécifique entrant dans cette définition et particulièrement approprié est le composé de formule (Va) suivante :Concerning the compound of formula (V), a specific compound falling within this definition and particularly suitable is the compound of formula (Va) below:

O (Va) ce composé étant appelé également carbonate de fluoroéthylène.O (Va) this compound also being called fluoroethylene carbonate.

Le composé de formule (IV) ou (V) peut être présent dans l'électrolyte en une teneur allant de 0,5 à 10 % massique par rapport à la masse du solvant organique et du sel de lithium.The compound of formula (IV) or (V) may be present in the electrolyte in a content ranging from 0.5 to 10% by mass relative to the mass of the organic solvent and of the lithium salt.

Plus spécifiquement, il peut être présent selon une teneur allant de 1 à 5% massique, de préférence encore de 2% ou 10% massique par rapport à la masse du solvant organique et du sel de lithium.More specifically, it can be present in a content ranging from 1 to 5% by mass, more preferably from 2% or 10% by mass relative to the mass of the organic solvent and of the lithium salt.

Un électrolyte spécifique entrant, avantageusement, dans les cellules de l'invention est un électrolyte comprenant, en outre, du carbonate de vinylidène à hauteur de 2% par rapport à la masse du sel de lithium et du solvant organique et plus spécifiquement, un électrolyte comprenant uniquement du LiTFSI, du carbonate de trifluoroéthylène et du carbonate de vinylidène à hauteur de 2% par rapport à la masse de LiTFSI et de carbonate de trifluoroéthylène.A specific electrolyte entering, advantageously, in the cells of the invention is an electrolyte comprising, in addition, vinylidene carbonate up to 2% relative to the mass of the lithium salt and of the organic solvent and more specifically, an electrolyte comprising only LiTFSI, trifluoroethylene carbonate and vinylidene carbonate up to 2% relative to the mass of LiTFSI and trifluoroethylene carbonate.

L'électrolyte peut être amené à imprégner un séparateur poreux, lequel est disposé entre l'électrode positive et l'électrode négative de la cellule électrochimique.The electrolyte can be caused to impregnate a porous separator, which is disposed between the positive electrode and the negative electrode of the electrochemical cell.

Ce séparateur peut être en un matériau poreux, tel qu'un matériau polymérique, apte à accueillir dans sa porosité l'électrolyte liquide. A titre d'exemple, il peut s'agit d'un séparateur poreux en polyacrylonitrile.This separator can be made of a porous material, such as a polymeric material, capable of receiving in its porosity the liquid electrolyte. For example, it may be a porous polyacrylonitrile separator.

L'électrode négative est une électrode comprenant, comme matériau actif, un matériau d'insertion du lithium, qui peut être, par exemple, un matériau carboné, comme du graphite.The negative electrode is an electrode comprising, as active material, a lithium insertion material, which can be, for example, a carbonaceous material, such as graphite.

En outre, l'électrode négative peut comprendre un liant polymérique, tel que du polyfluorure de vinylidène (PVDF), un mélange carboxyméthylcellulose avec un latex du type styrène et/ou butadiène.In addition, the negative electrode may comprise a polymeric binder, such as polyvinylidene fluoride (PVDF), a carboxymethylcellulose mixture with a latex of the styrene and / or butadiene type.

Qui plus est, au même titre que pour l'électrode positive, l'électrode négative peut se présenter, d'un point de vue structural, comme un matériau composite comprenant une matrice en liant(s) polymérique(s), au sein de laquelle sont dispersées des charges constituées par le matériau actif, tel que le graphite.What is more, in the same way as for the positive electrode, the negative electrode can be presented, from a structural point of view, as a composite material comprising a matrix of polymeric binder (s), within which are dispersed charges constituted by the active material, such as graphite.

L'électrode négative peut être également associée à un collecteur de courant métallique, tel qu'un collecteur de courant en cuivre. Ceci signifie, en d'autres termes, qu'elle est directement en contact avec ce collecteur, pour permettre l'acheminement du courant électrique vers l'extérieur de la cellule électrochimique. Le collecteur de courant peut se présenter sous forme d'un feuillard en cuivre. L'électrode négative, quant à elle, peut se présenter sous forme d'une couche enduite sur le collecteur de courant.The negative electrode can also be associated with a metal current collector, such as a copper current collector. This means, in other words, that it is directly in contact with this collector, to allow the routing of electric current to the outside of the electrochemical cell. The current collector can be in the form of a copper strip. The negative electrode, on the other hand, can be in the form of a coated layer on the current collector.

Enfin, l'invention a trait à une batterie au lithium comprenant une ou plusieurs cellules électrochimiques telle(s) que définie(s) ci-dessus.Finally, the invention relates to a lithium battery comprising one or more electrochemical cells as defined above.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront du complément de description qui suit et qui se rapporte à des modes de réalisation particuliers.Other characteristics and advantages of the invention will appear from the additional description which follows and which relates to particular embodiments.

Bien entendu, ce complément de description n'est donné qu'à titre d'illustration de l'invention et n'en constitue en aucun cas une limitation.Of course, this additional description is given only by way of illustration of the invention and in no way constitutes a limitation.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Les figures 1 à 4 sont des graphiques illustrant l'évolution de l'intensité I (en mA) en fonction du potentiel E (en V) avec, respectivement :Figures 1 to 4 are graphs illustrating the evolution of the intensity I (in mA) as a function of the potential E (in V) with, respectively:

-les figures 1 et 2 pour le premier cycle et le dixième cycle avec la deuxième cellule électrochimique de l'exemple 1 ci-dessous ; etFIGS. 1 and 2 for the first cycle and the tenth cycle with the second electrochemical cell of Example 1 below; and

-les figures 3 et 4 pour le premier cycle et le dixième cycle avec la première cellule électrochimique de l'exemple 1 ci-dessous.FIGS. 3 and 4 for the first cycle and the tenth cycle with the first electrochemical cell of example 1 below.

Les figures 5 et 6 sont des graphiques illustrant des courbes de cyclage pour deux cellules comparatives définies à l'exemple 2.FIGS. 5 and 6 are graphs illustrating cycling curves for two comparative cells defined in example 2.

La figure 7 est un graphique illustrant l'évolution de la capacité C en fonction du nombre de cycles N pour des cellules électrochimiques définies à l'exemple 2 ci-dessous.FIG. 7 is a graph illustrating the evolution of the capacitance C as a function of the number of cycles N for electrochemical cells defined in example 2 below.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS

EXEMPLE 1EXAMPLE 1

Cet exemple n'illustre pas, en tant que telle, une cellule électrochimique conforme à l'invention mais vise à démontrer que le carbonate de trifluoropropylène limite la dissolution anodique de l'aluminium en présence d'un sel TFSI.This example does not illustrate, as such, an electrochemical cell according to the invention, but aims to demonstrate that trifluoropropylene carbonate limits the anodic dissolution of aluminum in the presence of a TFSI salt.

Pour ce faire, il est préparé une première cellule électrochimique se présentant sous forme d'une pile bouton comprenant :To do this, a first electrochemical cell is prepared in the form of a button cell comprising:

-comme électrode négative, une électrode négative en lithium métallique; etas a negative electrode, a negative electrode made of metallic lithium; and

-comme électrode positive, une électrode en aluminium ; et-as a positive electrode, an aluminum electrode; and

-un électrolyte disposé entre ladite électrode positive et l'électrode négative, comprenant du LiTFSI 1 M dans du carbonate de trifluoropropylène.an electrolyte disposed between said positive electrode and the negative electrode, comprising LiTFSI 1 M in trifluoropropylene carbonate.

A titre comparatif, il est préparé une deuxième cellule électrochimique similaire à la première cellule électrochimique décrite ci-dessus, si ce n'est que l'électrolyte comprend du LITFSI 1 M dans un mélange (Carbonate d'éthylène/Carbonate de propylène) 1:1 en volume.By way of comparison, a second electrochemical cell similar to the first electrochemical cell described above is prepared, except that the electrolyte comprises LITFSI 1 M in a mixture (ethylene carbonate / propylene carbonate) 1 : 1 by volume.

Ces deux cellules sont soumises à des essais de voltampérométrie cyclique entre 2,5 V et 4,2 V à 1 mV/S à température ambiante.These two cells are subjected to cyclic voltammetry tests between 2.5 V and 4.2 V at 1 mV / S at room temperature.

Les profils obtenus sont reproduits sur les figures 1 à 4 jointes en annexe, illustrant l'évolution de l'intensité I (en mA) en fonction du potentiel E (en V) avec, respectivement :The profiles obtained are reproduced in FIGS. 1 to 4 in the appendix, illustrating the evolution of the intensity I (in mA) as a function of the potential E (in V) with, respectively:

-les figures 1 et 2 pour respectivement le premier cycle et le dixième cycle avec la deuxième cellule électrochimique ; etFIGS. 1 and 2 for the first cycle and the tenth cycle respectively with the second electrochemical cell; and

-les figures 3 et 4 pour respectivement le premier cycle et le dixième cycle avec la première cellule électrochimique.FIGS. 3 and 4 for the first cycle and the tenth cycle respectively with the first electrochemical cell.

Nous pouvons observer sur les figures 1 et 2 (1er et ioème cycles), que la dissolution provoque une montée importante du courant au-dessus de 3,7 V pour la cellule comprenant un mélange de carbonates avec un croisement de courbe caractéristique de la dissolution anodique. Pour les figures 3 et 4, ce croisement de courbe n'apparaît pas et le profil s'aplatit même au fil des cycles signifiant que les surfaces actives se passivent au fur et à mesure.We can observe in Figures 1 and 2 (1 st and 10 th cycles), that the dissolution causes a significant rise in current above 3.7 V for the cell comprising a mixture of carbonates with a characteristic curve crossing of anodic dissolution. For Figures 3 and 4, this curve intersection does not appear and the profile flattens even over the cycles, meaning that the active surfaces passivate as they go.

EXEMPLE 2EXAMPLE 2

Cet exemple illustre des cellules électrochimiques conformes à l'invention et, à titre comparatif, des cellules électrochimiques non conformes à l'invention, afin de démontrer l'apport de l'invention concernant le phénomène de dissolution anodique de l'aluminium.This example illustrates electrochemical cells in accordance with the invention and, for comparison, electrochemical cells not in accordance with the invention, in order to demonstrate the contribution of the invention concerning the phenomenon of anodic dissolution of aluminum.

Dans cet exemple, chaque cellule électrochimique se présente sous forme d'une pile bouton comprenant :In this example, each electrochemical cell is in the form of a button cell comprising:

-comme électrode négative, une électrode négative comportant, comme matériau actif, du graphite et comme liant polymérique, un mélange de carboxyméthylcellulose avec un latex du type styrène butadiène dans des proportions respectives 97,4/1,3/1,3, ladite électrode négative étant déposée sur un collecteur de courant en cuivre ;as a negative electrode, a negative electrode comprising, as active material, graphite and as a polymeric binder, a mixture of carboxymethylcellulose with a latex of the styrene butadiene type in respective proportions 97.4 / 1.3 / 1.3, said electrode negative being deposited on a copper current collector;

-comme électrode positive, une électrode positive comportant, comme matériau actif, LiNii/3Mni/3Coi/3O2, comme matériau conducteur de l'électricité, du noir de carbone SP et des fibres de carbone VGCF et comme liant polymérique, du PVDF dans des proportions respectives 92/2/2/4, ladite électrode positive étant déposée sur un collecteur de courant en aluminium ; etas a positive electrode, a positive electrode comprising, as active material, LiNii / 3Mni / 3Coi / 3O2, as electrically conductive material, carbon black SP and carbon fibers VGCF and as polymeric binder, PVDF in respective proportions 92/2/2/4, said positive electrode being deposited on an aluminum current collector; and

-un électrolyte disposé entre ladite électrode positive et l'électrode négative.an electrolyte disposed between said positive electrode and the negative electrode.

Une première série d'essais est réalisée avec deux cellules comparatives, dite première cellule et deuxième cellule, la première cellule comprenant un électrolyte comprenant du LITFSI IM, un mélange (carbonate d'éthylène/carbonate de propylène) 1:1 et la deuxième cellule comprenant un électrolyte comprenant du LiTFSI IM, un mélange (carbonate d'éthylène/carbonate de propylène) 1:1 et 2% de carbonate de vinylidène par rapport à la masse du LiTFSI et du mélange (carbonate d'éthylène/carbonate de propylène), les essais consistant en des cyclages galvanostatiques effectués à différentes vitesses de charge/décharge entre 2,8V et 4,15V (soit 4,25V vs. Li côté NMC).A first series of tests is carried out with two comparative cells, called the first cell and the second cell, the first cell comprising an electrolyte comprising LITFSI IM, a mixture (ethylene carbonate / propylene carbonate) 1: 1 and the second cell comprising an electrolyte comprising LiTFSI IM, a mixture (ethylene carbonate / propylene carbonate) 1: 1 and 2% of vinylidene carbonate relative to the mass of LiTFSI and of the mixture (ethylene carbonate / propylene carbonate) , the tests consisting of galvanostatic cycles carried out at different charge / discharge speeds between 2.8V and 4.15V (i.e. 4.25V vs. Li on the NMC side).

Les résultats sont reportés sur les figures 5 et 6 jointes en annexe, qui illustrent l'évolution de la tension U (en V) en fonction de la durée T (en s) pour respectivement la première cellule et la deuxième cellule. Les cellules cyclent uniquement une ou deux fois avec apparition d'une forte polarisation, ce problème provenant essentiellement du phénomène de dissolution anodique.The results are reported in Figures 5 and 6 attached in the appendix, which illustrate the evolution of the voltage U (in V) as a function of the duration T (in s) for the first cell and the second cell respectively. The cells cycle only once or twice with the appearance of strong polarization, this problem essentially arising from the phenomenon of anodic dissolution.

Une deuxième série d'essais est ensuite réalisée avec une cellule conforme à l'invention, pour déterminer l'évolution de la capacité de décharge en fonction du nombre de cycles N.A second series of tests is then carried out with a cell in accordance with the invention, to determine the evolution of the discharge capacity as a function of the number of cycles N.

Les résultats sont reportés sur la figure 7, qui illustre l'évolution de la capacité C (en %) lors de cyclages à C/20 en fonction du nombre de cycles N (entre 45 et 75 cycles) pour la deuxième cellule (non conforme à l'invention) explicité ci-dessus et une cellule conforme à l'invention, à savoir comprenant un électrolyte comportant du LiTFSI, du carbonate de trifluoropropylène et du carbonate de vinylidène (à hauteur de 2% en masse par rapport à la masse de LiTFSI et du carbonate de trifluoroéthylène).The results are shown in FIG. 7, which illustrates the evolution of the capacity C (in%) during cyclings at C / 20 as a function of the number of cycles N (between 45 and 75 cycles) for the second cell (non-compliant) to the invention) explained above and a cell according to the invention, namely comprising an electrolyte comprising LiTFSI, trifluoropropylene carbonate and vinylidene carbonate (up to 2% by mass relative to the mass of LiTFSI and trifluoroethylene carbonate).

On peut observer que la cellule électrochimique conforme à l'invention présente une meilleure cyclabilité (courbe du haut a) par rapport à la cellule comprenant des solvants carbonates (courbe du bas b).It can be observed that the electrochemical cell according to the invention has better cyclability (top curve a) compared to the cell comprising carbonate solvents (bottom curve b).

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Cellule électrochimique pour batterie lithium-ion comprenant :1. Electrochemical cell for lithium-ion battery comprising: -une électrode négative ;-a negative electrode; -une électrode positive comprenant, comme matériau actif, un composé oxyde répondant à la formule générale UIVIO2, dans laquelle IVI est un élément choisi parmi Ni, Co, Mn, Al, Mg et les mélanges de ceux-ci, ladite électrode positive étant associée à un collecteur de courant en aluminium; eta positive electrode comprising, as active material, an oxide compound corresponding to the general formula UIVIO2, in which IVI is an element chosen from Ni, Co, Mn, Al, Mg and the mixtures thereof, said positive electrode being associated an aluminum current collector; and -un électrolyte disposé entre ladite électrode négative et ladite électrode positive, ledit électrolyte comprenant, comme sel de lithium, du bis(trifluorométhylsulfonyl)imidure de lithium, et comprenant, comme solvant organique, du carbonate de trifluoropropylène.an electrolyte disposed between said negative electrode and said positive electrode, said electrolyte comprising, as lithium salt, lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, and comprising, as organic solvent, trifluoropropylene carbonate. 2. Cellule électrochimique selon la revendication 1, dans laquelle le composé oxyde est un oxyde lithié de formule LiCoCL, LiN1O2 ou Li(Ni,Co,Mn)Ü2.2. The electrochemical cell according to claim 1, in which the oxide compound is a lithiated oxide of formula LiCoCL, LiN1O2 or Li (Ni, Co, Mn) Ü2. 3. Cellule électrochimique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le composé oxyde est un oxyde lithié de formule LiN11/3IVIni/3Coi/3C>24. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'électrode positive comprend un liant polymérique et, éventuellement, un ou plusieurs adjuvants conducteurs de l'électricité.3. An electrochemical cell according to claim 1 or 2, in which the oxide compound is a lithiated oxide of formula LiN11 / 3IVIni / 3Coi / 3C> 24. An electrochemical cell according to any one of the preceding claims, wherein the positive electrode comprises a polymeric binder and, optionally, one or more electrically conductive adjuvants. 5. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le solvant organique est constitué uniquement de carbonate de trifluoropropylène.5. An electrochemical cell according to any one of the preceding claims, in which the organic solvent consists solely of trifluoropropylene carbonate. 6. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'électrolyte comprend, en outre, au moins un additif répondant à l'une des formules (IV) et (V) suivantes :6. An electrochemical cell according to any one of the preceding claims, in which the electrolyte further comprises at least one additive corresponding to one of the following formulas (IV) and (V): Ri R2 (IV) (V) dans laquelle R1 et R2 représentent, indépendamment l'un de l'autre, H, Cl ou F, à la condition que R1 et R2 ne représentent pas tous les deux H.Ri R 2 (IV) (V) in which R 1 and R 2 represent, independently of one another, H, Cl or F, provided that R 1 and R 2 do not both represent H. 7. Cellule électrochimique selon la revendication 6, dans laquelle le composé de formule (V) répond à la formule spécifique (Va) suivante :7. An electrochemical cell according to claim 6, in which the compound of formula (V) corresponds to the following specific formula (Va): RR O (Va) ce composé étant appelé également carbonate de fluoroéthylène.O (Va) this compound also being called fluoroethylene carbonate. 10 8. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'électrolyte est un électrolyte comprenant, en outre, comme additif, du carbonate de vinylidène de formule (IV) à hauteur de 2% par rapport à la masse du sel de lithium et du solvant organique.8. An electrochemical cell according to any one of the preceding claims, in which the electrolyte is an electrolyte further comprising, as additive, vinylidene carbonate of formula (IV) up to 2% relative to the mass of the lithium salt and organic solvent. 15 9. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'électrode négative comprend, comme matériau actif, un matériau carboné.9. An electrochemical cell according to any one of the preceding claims, in which the negative electrode comprises, as active material, a carbonaceous material. 10. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau carboné est du graphite.10. An electrochemical cell according to any one of the preceding claims, in which the carbonaceous material is graphite. 11. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'électrode négative est associée à un collecteur de courant11. Electrochemical cell according to any one of the preceding claims, in which the negative electrode is associated with a current collector 5 métallique.5 metallic. 12. Cellule électrochimique selon la revendication 11, dans laquelle le collecteur de courant métallique est un collecteur en cuivre.12. The electrochemical cell according to claim 11, in which the metal current collector is a copper collector. 10 13. Batterie au lithium comprenant une ou plusieurs cellules électrochimiques telle(s) que définie(s) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.13. Lithium battery comprising one or more electrochemical cells as defined according to any one of claims 1 to 12. S.60351 l(mA) l(mA)S.60351 l (mA) l (mA) 2/32/3 T(s)T (s)
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