FR3142042A1 - COMPOUND BASED ON (2-CYANOETHYL)PHOSPHONIUM SALT, ELECTROLYTE AND BATTERY COMPRISING IT - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un composé à base de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium, une composition d’électrolyte à base du composé de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium ainsi que la batterie le comprenant. Elle concerne plus particulièrement une composition d’électrolyte améliorée pour batterie lithium-ion ou sodium-ion conduisant à une capacité et une cyclabilité améliorées. Cette composition d’électrolyte comprend un sel de lithium ou de sodium, un solvant organique aprotique, un composé de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium.The present invention relates to a (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound, an electrolyte composition based on the (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound and the battery comprising the same. It relates more particularly to an improved electrolyte composition for a lithium-ion or sodium-ion battery leading to improved capacity and cyclability. This electrolyte composition includes a lithium or sodium salt, an aprotic organic solvent, a (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound.
Description
La présente invention concerne un composé à base de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium, une composition d’électrolyte à base du composé de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium ainsi que la batterie le comprenant. Elle concerne plus particulièrement une composition d’électrolyte améliorée pour batterie lithium-ion ou sodium-ion conduisant à une capacité et une cyclabilité améliorées. Cette composition d’électrolyte comprend un sel de lithium ou de sodium, un solvant organique aprotique, un composé de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium.The present invention relates to a (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound, an electrolyte composition based on the (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound and the battery comprising the same. It relates more particularly to an improved electrolyte composition for a lithium-ion or sodium-ion battery leading to improved capacity and cyclability. This electrolyte composition includes a lithium or sodium salt, an aprotic organic solvent, a (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound.
Une batterie électrochimique est assemblée à partir d’une cathode (électrode positive), d’une anode (électrode négative), d’un séparateur et d’un électrolyte. Le principe de fonctionnement est basé sur l’échange réversible des ions entre la cathode et l’anode. Il y a oxydation du matériau de l’anode et réduction des composants électrolytiques et il y a réduction du matériau de la cathode et oxydation des composants électrolytiques. Grâce à ces réactions d’oxydo-réduction, une batterie est chargée par la conversion d’énergie électrique en énergie chimique. L’électrolyte joue un rôle important dans le transport des ions entre la cathode et l’anode. Différents composés sont utilisés dans les électrolytes. Certains composés d’électrolyte se dégradent et participent à la formation de l’interphase électrolyte solide (SEI) et à la formation de l’interphase de l’électrolyte cathodique (CEI) pour améliorer les propriétés et donc les performances de la cellule électrochimique, notamment la cyclabilité, l’efficacité coulombique et la capacité.An electrochemical battery is assembled from a cathode (positive electrode), an anode (negative electrode), a separator and an electrolyte. The operating principle is based on the reversible exchange of ions between the cathode and the anode. There is oxidation of the anode material and reduction of the electrolytic components and there is reduction of the cathode material and oxidation of the electrolytic components. Thanks to these redox reactions, a battery is charged by the conversion of electrical energy into chemical energy. The electrolyte plays an important role in the transport of ions between the cathode and the anode. Different compounds are used in electrolytes. Certain electrolyte compounds degrade and participate in the formation of the solid electrolyte interphase (SEI) and the formation of the cathode electrolyte interphase (CEI) to improve the properties and therefore the performance of the electrochemical cell, including cyclability, coulombic efficiency and capacity.
La technologie d’électrolyte actuelle met en œuvre des composés qui ne permettent pas une amélioration suffisante de la capacité et de la durée de vie de la cellule électrochimique.Current electrolyte technology uses compounds that do not allow sufficient improvement in the capacity and lifespan of the electrochemical cell.
L’état de l’art décrit différents composés tels que le carbonate de vinylène (communément appelé VC), le carbonate de fluoroéthylène (communément appelé FEC), le 1,3,6-hexanetricarbonitrile, l’acétonitrile, les siloxanes, les sulfates, les sulfites, les phosphates etc. qui ne permettent pas d’atteindre une excellente cyclabilité c’est-à-dire une longue durée de vie pour la batterie et une excellente capacité tout en conservant une bonne conductivité de l’électrolyte. Ils ne sont pas thermiquement stables et ne permettent pas d’être solubles en des proportions variables dans le solvant de l’électrolyte pour s’adapter aux choix des matériaux d’électrodes.The state of the art describes different compounds such as vinylene carbonate (commonly called VC), fluoroethylene carbonate (commonly called FEC), 1,3,6-hexanetricarbonitrile, acetonitrile, siloxanes, sulfates , sulphites, phosphates etc. which do not make it possible to achieve excellent cyclability, that is to say a long lifespan for the battery and excellent capacity while maintaining good conductivity of the electrolyte. They are not thermally stable and do not allow them to be soluble in variable proportions in the electrolyte solvent to adapt to the choice of electrode materials.
“The Role of Electrolyte Additives on the Interfacial Chemistry and Thermal Reactivity of Si-Anode-Based Li-Ion Battery”, ACS Applied Energy Materials 2019 2 (9), 6513-6527, décrit des composés classiques qui, malgré leurs caractéristiques bénéfiques, conduisent à des problèmes persistants. Par exemple, la présence de VC dans l’électrolyte peut conduire à une impédance de la cellule trop élevée. Dans un autre exemple, la présence de FEC dans l’électrolyte peut entraîner un dégagement gazeux important à température élevée et donc un risque d’emballement thermique.“The Role of Electrolyte Additives on the Interfacial Chemistry and Thermal Reactivity of Si-Anode-Based Li-Ion Battery”, ACS Applied Energy Materials 2019 2 (9), 6513-6527, describes classic compounds which, despite their beneficial characteristics, lead to persistent problems. For example, the presence of VC in the electrolyte can lead to too high a cell impedance. In another example, the presence of FEC in the electrolyte can lead to significant gas release at high temperature and therefore a risk of thermal runaway.
« Classical solid electrolyte interphase additives, such as vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate, have limited potential for simultaneously achieving a long lifespan and fast chargeability in high-energy-density lithium-ion batteries (LIBs).” Parket al.2021, décrit le développement des nouveaux composés d’électrolytes pour les batteries Li-ion à haute-densité énergétique. Cette référence décrit les inconvénients des composés d’électrolyte classiques tels que le carbonate de vinylène et le carbonate de fluoroéthylène, ils ne permettent pas d’obtenir simultanément une durée de vie (cyclabilité) suffisante et une capacité de charge suffisamment rapide dans les batteries lithium-ion à haute densité d'énergie.“Classical solid electrolyte interphase additives, such as vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate, have limited potential for simultaneously achieving a long lifespan and fast chargeability in high-energy-density lithium-ion batteries (LIBs).” Park et al. 2021, describes the development of new electrolyte compounds for high energy density Li-ion batteries. This reference describes the disadvantages of conventional electrolyte compounds such as vinylene carbonate and fluoroethylene carbonate, they do not simultaneously achieve sufficient cycle life and sufficiently fast charging capacity in lithium batteries. -ion with high energy density.
Le document DE102008021271 décrit un électrolyte comprenant un sel de mono(2-cyanoéthyl)phosphonium.Document DE102008021271 describes an electrolyte comprising a mono(2-cyanoethyl)phosphonium salt.
Le document JP2018056013 décrit également un électrolyte comprenant un sel de mono(2-cyanoéthyl)phosphonium.Document JP2018056013 also describes an electrolyte comprising a mono(2-cyanoethyl)phosphonium salt.
Les composés à base de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium sont intéressants en particulier du fait qu’ils sont stables jusqu’à une température de 250 °C ; ces composés permettent de pouvoir choisir l’un ou l’autre de ses membres pour s’adapter à la nature de l’électrode ainsi que de moduler sa solubilité dans le solvant de l’électrolyte et ne pas être à l’origine d’une augmentation de la résistance interne de la cellule électrochimique lors de l’étape de formation de la SEI et / ou de la CEI. Toutefois, les composés de mono(2-cyanoéthyl)phosphonium ont l’inconvénient de devoir être en concentration plus élevée pour atteindre la même efficacité dans le temps que les composés de bis(2-cyanoéthyl)phosphonium ou les composés de tris(2-cyanoéthyl)phosphonium. En effet, pour atteindre la même efficacité, il est opportun de multiplier la concentration des mono(2-cyanoéthyl)phosphonium alors que lorsque la molécule de phosphonium porte deux ou trois chaines 2-cyanoéthyles, il y a seulement besoin d’une concentration plus faible de molécule. Ceci est important pour éviter une viscosité trop élevée et donc éviter une diminution de la conductivité de l’électrolyte. Il existe un besoin d’un composé d’électrolyte thermiquement stable, soluble en des proportions variables dans le solvant de l’électrolyte pour répondre au besoin du choix d’électrodes et maintenir une excellente capacité, une excellente cyclabilité ainsi qu’une bonne conductivité et une bonne stabilité électrochimique de la batterie.Compounds based on (2-cyanoethyl)phosphonium salt are particularly interesting because they are stable up to a temperature of 250°C; these compounds make it possible to choose one or the other of its members to adapt to the nature of the electrode as well as to modulate its solubility in the solvent of the electrolyte and not to be the cause of an increase in the internal resistance of the electrochemical cell during the SEI and/or IEC formation stage. However, mono(2-cyanoethyl)phosphonium compounds have the disadvantage of having to be in higher concentration to achieve the same effectiveness over time as bis(2-cyanoethyl)phosphonium compounds or tris(2- cyanoethyl)phosphonium. Indeed, to achieve the same efficiency, it is appropriate to multiply the concentration of mono(2-cyanoethyl)phosphonium whereas when the phosphonium molecule carries two or three 2-cyanoethyl chains, there is only a need for a higher concentration. weak molecule. This is important to avoid too high a viscosity and therefore avoid a reduction in the conductivity of the electrolyte. There is a need for a thermally stable electrolyte compound, soluble in varying proportions in the electrolyte solvent to meet the need for electrode selection and maintain excellent capacitance, excellent cyclability as well as good conductivity. and good electrochemical stability of the battery.
Les inventeurs de la présente invention ont développé un nouveau composé d’électrolyte pour batterie lithium-ion et sodium-ion apportant à ces systèmes une bonne cyclabilité et une bonne capacité.The inventors of the present invention have developed a new electrolyte compound for lithium-ion and sodium-ion batteries providing these systems with good cyclability and good capacity.
Selon un premier aspect de l’invention, le solvant d’électrolyte comprend ainsi un sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium de formule (I)According to a first aspect of the invention, the electrolyte solvent thus comprises a (2-cyanoethyl)phosphonium salt of formula (I)
dans laquellein which
X- est choisi parmi les phosphates de fluoroalkyle, les phosphinates de fluoroalkyle, les phosphonates de fluoroalkyle, les acétates, les triflates, les imides, les amidures, les méthanides, les borates, les phosphates, les sulfonimides ou les aluminates ;-
R1 estindépendammentchoisi parmi une chaîne -CH2-CH2-CN non substituée, par un alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20, un groupement vinylbenzylique ; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons ;R1 is independently chosen from an unsubstituted -CH 2 -CH 2 -CN chain, by a C1-C20 alkyl, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl, an alkynyl in C2-C20, a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or their combinations;
R2 estindépendammentchoisi parmi un groupement alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20,un groupement vinylbenzylique ; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.R2 is independently chosen from a C1-C20 alkyl group, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl, a C2-C20 alkynyl, a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or their combinations.
Selon un second aspect, l’invention concerne également une composition d’électrolyte comprenant un sel de lithium ou de sodium, un solvant organique aprotique, un composé de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium tel que représenté par la formule (I).According to a second aspect, the invention also relates to an electrolyte composition comprising a lithium or sodium salt, an aprotic organic solvent, a (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound as represented by formula (I).
Selon un troisième aspect, l’invention concerne une batterie comprenant une anode, une cathode et une composition d’électrolyte à base de composé de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium tel que représenté par la formule (I).According to a third aspect, the invention relates to a battery comprising an anode, a cathode and an electrolyte composition based on a (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound as represented by formula (I).
L’invention propose une nouvelle famille de composés d’électrolyte pour batterie à base de sel de phosphonium. Ce composé permet d’avoir un électrolyte qui sera utilisé dans une batterie ayant une bonne cyclabilité et capacité. Cela conduit à l’obtention d’une batterie performante et durable.The invention proposes a new family of battery electrolyte compounds based on phosphonium salt. This compound provides an electrolyte that will be used in a battery with good cyclability and capacity. This leads to obtaining a high-performance and durable battery.
Cette nouvelle famille de composés d’électrolyte présente plusieurs avantages.This new family of electrolyte compounds has several advantages.
Premièrement, cette famille de composés combine les propriétés du nitrile présent au moins deux fois au sein de la molécule et celle de l’atome de phosphore qui permet un meilleur transport des ions Li+. Le ratio molaire du composé en fonction du nombre de fonctions nitriles portées par le composé est également amélioré. En effet, plus il y a de fonctions nitriles portées par le composé, moins il sera nécessaire d’augmenter la masse de composé ajouté ; chaque composé possède un optimum de concentration pour lequel la conductivité est maximale. La concentration sera plus faible et la conductivité sera ainsi améliorée.Firstly, this family of compounds combines the properties of the nitrile present at least twice within the molecule and that of the phosphorus atom which allows better transport of Li+ ions. The molar ratio of the compound as a function of the number of nitrile functions carried by the compound is also improved. In fact, the more nitrile functions carried by the compound, the less it will be necessary to increase the mass of compound added; each compound has an optimum concentration for which the conductivity is maximum. The concentration will be lower and the conductivity will thus be improved.
La fonction nitrile ajoute une polarité et une réactivité spécifique. Ceci influence également d'autres propriétés physiques telles que le moment dipolaire et la constante diélectrique. En outre, la fonction nitrile ajoute des propriétés de solvatation aux cations phosphonium en intra- et en intermoléculaire, ce qui améliore la mobilité des ions Li+.The nitrile function adds polarity and specific reactivity. This also influences other physical properties such as dipole moment and dielectric constant. In addition, the nitrile function adds solvation properties to phosphonium cations intra- and intermolecularly, which improves the mobility of Li + ions.
Deuxièmement, le sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium est thermiquement stable jusqu’à 250 °C. Cela lui permet d’une part de ne pas se décomposer en des sous-produits qui pourraient être défavorables aux bonnes performances de la batterie. D’autre part la fonction chimique nitrile lui permet de participer à la formation de la SEI et CEI de façon sacrificielle pour conserver les propriétés chimiques des autres composés d’électrolyte afin d’obtenir une SEI stable et efficace pour la bonne performance de la batterie. Ce composé permet de pouvoir former une SEI à une température de 45 °C.Second, (2-cyanoethyl)phosphonium salt is thermally stable up to 250°C. This allows it on the one hand not to decompose into by-products which could be unfavorable to the good performance of the battery. On the other hand, the nitrile chemical function allows it to participate in the formation of the SEI and CEI in a sacrificial manner to preserve the chemical properties of the other electrolyte compounds in order to obtain a stable and effective SEI for the good performance of the battery. . This compound makes it possible to form an SEI at a temperature of 45°C.
Troisièmement, le composé est soluble dans le solvant de l’électrolyte dans des proportions variables pour répondre au besoin de s’adapter à la nature des matériaux d’électrodes. En effet, ce composé par sa nature ionique est soluble dans une proportion nécessaire pour le type d’électrode choisi.Third, the compound is soluble in the electrolyte solvent in varying proportions to meet the need to adapt to the nature of the electrode materials. Indeed, this compound by its ionic nature is soluble in a proportion necessary for the type of electrode chosen.
Cette nouvelle famille de composés permet de répondre à ce besoin.This new family of compounds helps meet this need.
Quatrièmement, un grand nombre de molécules est accessible par remplacement des radicaux R1 et R2 ce qui permet d’avoir la molécule la plus en adéquation avec le système électrochimique, notamment vis-à-vis du choix des électrodes et pour atteindre un haut voltage.Fourth, a large number of molecules is accessible by replacing the R1 and R2 radicals, which makes it possible to have the molecule most suited to the electrochemical system, particularly with regard to the choice of electrodes and to achieve a high voltage.
Cinquièmement, le procédé de synthèse de cette famille de composés d’électrolyte est industrialisable.Fifth, the synthesis process of this family of electrolyte compounds is industrializable.
La batterie présente une haute capacité et une longue cyclabilité du fait de la nature de cette molécule, à savoir la présence de l’atome de phosphore et la présence d’au moins deux - chaînes 2-cyanoéthyles, cette molécule se trouvant sous forme monomère ou dimère. Le dimère étant un homodimère, la nature de la substitution chimique restant la même, le monomère et le dimère auront des propriétés chimiques similaires.The battery has a high capacity and long cyclability due to the nature of this molecule, namely the presence of the phosphorus atom and the presence of at least two - 2-cyanoethyl chains, this molecule being in monomeric form or dimer. Since the dimer is a homodimer, the nature of the chemical substitution remaining the same, the monomer and the dimer will have similar chemical properties.
Les composés bis(2-cyanoéthyl)lphosphonium et tris(2-cyanoéthyl)phosphonium sont les composés préférés.The compounds bis(2-cyanoethyl)phosphonium and tris(2-cyanoethyl)phosphonium are the preferred compounds.
Un premier objet de l’invention concerne un composé d’électrolyte à base de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium pour batterie à haute capacité et longue cyclabilité tel que représenté par la formule (I)A first object of the invention relates to an electrolyte compound based on (2-cyanoethyl)phosphonium salt for high capacity and long cyclability battery as represented by formula (I)
dans laquellein which
X- est choisi parmi les phosphates de fluoroalkyle, les phosphinates de fluoroalkyle, les phosphonates de fluoroalkyle, les acétates, les triflates, les imides, les amidures, les méthanides, les borates, les phosphates, les sulfonimides ou les aluminates;-
R1 estindépendammentchoisi parmi le groupe constitué par une chaîne -CH2-CH2-CN non substituée, par un alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20,un groupement vinylbenzylique ; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle fluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.R1 is independently selected from the group consisting of an unsubstituted -CH 2 -CH 2 -CN chain, a C1-C20 alkyl, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl , a C2-C20 alkynyl, a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a fluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or their combinations.
R2 estindépendammentchoisi parmi le groupe constitué par un groupement alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20,un groupement vinylbenzylique ; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.R2 is independently chosen from the group consisting of a C1-C20 alkyl group, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl, a C2-C20 alkynyl, a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or their combinations.
Les atomes d’hydrogène peuvent donc être substitués en partie dans la mesure où la molécule est stable.The hydrogen atoms can therefore be partly substituted as long as the molecule is stable.
Le terme "alkyle" désigne un radical aliphatique saturé, linéaire ou ramifié, ayant le nombre d'atomes de carbone indiqué. Le fragment alkyle peut être à chaîne linéaire ou ramifiéeThe term "alkyl" designates a saturated aliphatic radical, linear or branched, having the indicated number of carbon atoms. The alkyl moiety may be straight or branched chain
Le terme "alcényle" désigne un groupement alkyle, tel que défini ci-dessus, comportant au moins une double liaison C=C.The term “alkenyl” designates an alkyl group, as defined above, comprising at least one C=C double bond.
Le terme "alcynyle" désigne un groupement alkyle, tel que défini ci-dessus, comportant au moins une triple liaison C≡C.The term “alkynyl” designates an alkyl group, as defined above, comprising at least one C≡C triple bond.
Le terme "cycloalkyle" désigne un ensemble de cycles saturés ou partiellement insaturés, monocyclique, bicyclique, polycyclique ponté ou spiro. Les cycles monocycliques comprennent, par exemple, les cycles cyclopropyle, cyclobutyle, cyclopentyle et cyclohexyle.The term "cycloalkyl" designates a set of saturated or partially unsaturated, monocyclic, bicyclic, bridged polycyclic or spiro rings. Monocyclic rings include, for example, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl and cyclohexyl rings.
Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium comprend trois chaînes 2-cyanoéthyles et correspond à la formule (II) dans laquelleIn a particularly preferred embodiment, the (2-cyanoethyl)phosphonium salt comprises three 2-cyanoethyl chains and corresponds to formula (II) in which
X- est choisi parmi les phosphates de fluoroalkyle, les phosphinates de fluoroalkyle, les phosphonates de fluoroalkyle, les acétates, les triflates, les imides, les amidures, les méthanides, les borates, les phosphates, les sulfonimides ou les aluminates;-
R1 estindépendammentchoisi parmi un alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20,un groupement vinylbenzylique ; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.R1 is independently chosen from a C1-C20 alkyl, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl, a C2-C20 alkynyl, a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or their combinations.
R2 estindépendammentchoisi parmi un groupement alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20, un groupement vinylbenzylique ; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile un groupement thioéther ou leurs combinaisons.R2 is independently chosen from a C1-C20 alkyl group, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl, a C2-C20 alkynyl, a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or their combinations.
Dans un mode de réalisation plus particulièrement préféré, R1 est un alkyle en C1-C10 dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement nitrile, un groupement sulfoxyde, un groupement thioéther ou leurs combinaisons ;In a more particularly preferred embodiment, R1 is a C1-C10 alkyl in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a group silyl, a siloxy group, a nitrile group, a sulfoxide group, a thioether group or combinations thereof;
De manière encore plus préférée, R1 est choisi parmi un méthyle ou un alkyle en C1-C4 dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement nitrile, un groupement sulfoxyde, un groupement thioéther ou leurs combinaisons; et R2 est un alkyle en C1-C10 dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons ; et de manière plus préférée R2 est un alkyle en C1-C4 dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement nitrile, un groupement sulfoxyde, un groupement thioéther ou leurs combinaisons et de manière tout à fait préférée parmi un méthyle, un éthyle, un propyle, un iso-butyle, un n-butyle, ou un allyle.Even more preferably, R1 is chosen from a methyl or a C1-C4 alkyl in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a nitrile group, a sulfoxide group, a thioether group or combinations thereof; and R2 is a C1-C10 alkyl in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a group sulfoxide, a nitrile group, a thioether group or combinations thereof; and more preferably R2 is a C1-C4 alkyl in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a group siloxy, a nitrile group, a sulfoxide group, a thioether group or their combinations and most preferably from a methyl, an ethyl, a propyl, an iso-butyl, an n-butyl, or an allyl.
Dans un mode de réalisation préféré, X- est choisi parmi bis(fluorosulfonyl)imide (FSI), bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI), tétrafluoroborate, hexafluorophosphate, dicyanamide, triflate, 4,5-dicyano-2-(trifluoromethyl)imidazolate, fluorosulfonyl(trifluoromethanesulfonyl)imide, bis(oxalato)borate , difluorobis(oxalato)borate, acétate., N-ethyl-N-methyl-functionalized sulfonimide, (difluoromethanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, (difluoromethanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide.In a preferred embodiment, , fluorosulfonyl(trifluoromethanesulfonyl)imide, bis(oxalato)borate, difluorobis(oxalato)borate, acetate., N-ethyl-N-methyl-functionalized sulfonimide, (difluoromethanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, ( difluoromethanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide.
Dans un mode de réalisation encore plus préféré, X- est choisi parmi le FSI ou le TFSI.In an even more preferred embodiment, X- is chosen from FSI or TFSI.
Les modes de réalisation préférés quant au choix de l’anion X-exposés ci-dessus peuvent être combinés aux modes de réalisation préférés quant au choix des groupes R1 et R2 exposés précédemment.The preferred embodiments regarding the choice of the anion
Dans un mode de réalisation préféré, le sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium comprend trois chaînes 2-cyanoéthyle et correspond à la formule (II)In a preferred embodiment, the (2-cyanoethyl)phosphonium salt comprises three 2-cyanoethyl chains and corresponds to formula (II)
dans laquellein which
X- est choisi parmi les phosphates de fluoroalkyle, les phosphinates de fluoroalkyle, les phosphonates de fluoroalkyle, les acétates, les triflates, les imides, les amidures, les méthanides, les borates, les phosphates, les sulfonimides ou les aluminates ;-
R2 estindépendammentchoisi parmi un groupement alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20, un groupment vinylbenzylique; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.R2 is independently chosen from a C1-C20 alkyl group, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl, a C2-C20 alkynyl, a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or their combinations.
Dans un mode de réalisation préféré, R2 est un alkyle en C1-C10 dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons; de manière plus préféré R2 est choisi parmi un alkyle en C1-C4 dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons ; de manière tout à fait préférée R2 est choisi parmi un méthyle, un éthyle, un propyle, un iso-butyle, un n-butyle ou un allyle.In a preferred embodiment, R2 is a C1-C10 alkyl in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or combinations thereof; more preferably R2 is chosen from a C1-C4 alkyl in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or combinations thereof; very preferably R2 is chosen from methyl, ethyl, propyl, iso-butyl, n-butyl or allyl.
Dans un mode de réalisation préféré, X- est choisi parmi bis(fluorosulfonyl)imide (FSI), bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI), tétrafluoroborate, hexafluorophosphate, dicyanamide, triflate, 4,5-dicyano-2-(trifluoromethyl)imidazolate, fluorosulfonyl(trifluoromethanesulfonyl)imide, bis(oxalato)borate, difluorobis(oxalato)borate, acétate.N-ethyl-N-methyl-functionalized sulfonimide, (difluoromethanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, (difluoromethanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide.In a preferred embodiment, , fluorosulfonyl(trifluoromethanesulfonyl)imide, bis(oxalato)borate, difluorobis(oxalato)borate, acetate. N -ethyl- N -methyl-functionalized sulfonimide, (difluoromethanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, (difluoromethanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide.
Dans un mode de réalisation encore plus préféré, X- est choisi parmi le FSI ou le TFSI.In an even more preferred embodiment, X- is chosen from FSI or TFSI.
Les modes de réalisation préférés quant au choix de l’anion X-exposés ci-dessus peuvent être combinés aux modes de réalisation préférés quant au choix des groupes R1 et R2 exposés précédemment.The preferred embodiments regarding the choice of the anion
Dans un mode de réalisation particulier le sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium est sous la forme d’un dimère de sel de phosphonium tel que représenté par la formule (III),In a particular embodiment the (2-cyanoethyl)phosphonium salt is in the form of a phosphonium salt dimer as represented by formula (III),
dans laquellein which
Z est choisi parmi les di-radicaux alkyles en C1-C20 de type –(CH2)n– pouvant comprendre un ou plusieurs éther ou pouvant comprendre un ou plusieurs enchainements de type –CH2–Y–CH2– avec Y=S ou SO ou SO2 ; de préférence le di-radical alkyles est un diradical éthyle, propyle, butyle ou pentyle.Z is chosen from C1-C20 alkyl di-radicals of type –(CH 2 ) n – which may comprise one or more ethers or which may comprise one or more sequences of type –CH 2 –Y–CH 2 – with Y=S or SO or SO2; preferably the alkyl di-radical is an ethyl, propyl, butyl or pentyl di-radical.
X- est choisi parmi les phosphates de fluoroalkyle, les phosphinates de fluoroalkyle, les phosphonates de fluoroalkyle, les acétates, les triflates, les imides, les amidures, les méthanides, les borates, les phosphates, les sulfonimides ou les aluminates;-
R2 est indépendamment choisi parmi le groupe constitué par une chaîne -CH2-CH2-CN non substituée, par un alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20, un groupement vinylbenzylique, un groupement vinylbenzylique; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.R2 is independently chosen from the group consisting of an unsubstituted -CH2-CH2-CN chain, a C1-C20 alkyl, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl, a C2-C20 alkynyl, a vinylbenzyl group, a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF3, an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or their combinations.
Dans un mode de réalisation plus particulièrement préféré, R2 est un alkyle en C1-C10 dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.In a more particularly preferred embodiment, R2 is a C1-C10 alkyl in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a group silyl, a siloxy group, a sulfoxide group, a thioether group or combinations thereof.
De manière encore plus préférée, R2 est choisi parmi un méthyle ou un alkyle en C1-C4 dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.Even more preferably, R2 is chosen from a methyl or a C1-C4 alkyl in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a thioether group or combinations thereof.
Dans un mode de réalisation préféré, X- est choisi parmi bis(fluorosulfonyl)imide (FSI), bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI), tétrafluoroborate, hexafluorophosphate, dicyanamide, triflate, 4,5-dicyano-2-(trifluoromethyl)imidazolate, fluorosulfonyl(trifluoromethanesulfonyl)imide, bis(oxalato)borate, difluorobis(oxalato)borate, acétate.N-ethyl-N-methyl-functionalized sulfonimide, (difluoromethanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, (difluoromethanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide.In a preferred embodiment, , fluorosulfonyl(trifluoromethanesulfonyl)imide, bis(oxalato)borate, difluorobis(oxalato)borate, acetate. N -ethyl- N -methyl-functionalized sulfonimide, (difluoromethanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide, (difluoromethanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide, (methanesulfonyl)(fluoromethanesulfonyl)imide.
Dans un mode de réalisation encore plus préféré, X- est choisi parmi le FSI ou le TFSI.In an even more preferred embodiment, X- is chosen from FSI or TFSI.
Les modes de réalisation préférés quant au choix de l’anion X-exposés ci-dessus peuvent être combinés aux modes de réalisation préférés quant au choix des groupes R2 exposés précédemment.The preferred embodiments regarding the choice of the anion X - explained above can be combined with the preferred embodiments regarding the choice of the R2 groups explained previously.
Un deuxième objet de l’invention est une composition d’électrolyte comprenant un sel de lithium ou de sodium, un solvant organique aprotique et un composé de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium tel que décrit précédemment.A second object of the invention is an electrolyte composition comprising a lithium or sodium salt, an aprotic organic solvent and a (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound as described above.
Selon un mode de réalisation préféré, le solvant organique aprotique est choisi parmi un liquide ionique, un carbonate, une glyme, un alkyl-sulfonamide ou un mélange de ceux-ci.According to a preferred embodiment, the aprotic organic solvent is chosen from an ionic liquid, a carbonate, a glyme, an alkyl sulfonamide or a mixture thereof.
Dans un mode de réalisation préféré, le solvant est un liquide ionique.In a preferred embodiment, the solvent is an ionic liquid.
Tel qu’utilisé dans la présente invention, « liquide ionique » désigne un sel fondu à une température inférieure à 100 °C.As used in the present invention, "ionic liquid" means a salt molten at a temperature below 100°C.
Lorsque le solvant est un liquide ionique, il comprend (i) un cation choisi parmi un imidazolium, ou un pyrrolidinium, un morpholinium, un pyridinium, un pipéridinium, un phosphonium, un ammonium et (ii) un anion choisi parmi l’hexafluorophosphate (PF6-), le tétrafluoroborate (BF4-), le bis(trifluorométhanesulfonyl)imide (TFSI), le bis(fluorosulfonyl)imide (FSI), le dicyanamide (DCA), le 4,5-dicyano-2-(trifluorométhyl)imidazolide (TDI), le fluorosulfonyl-(trifluorométhanesulfonyl)imide (FTFSI), le (difluorométhanesulfonyl)(trifluorométhanesulfonyl)imide (DFTFSI), le bis(oxalato)borate (BOB), le difluoro(oxalato)borate (DFOB).When the solvent is an ionic liquid, it comprises (i) a cation chosen from an imidazolium, or a pyrrolidinium, a morpholinium, a pyridinium, a piperidinium, a phosphonium, an ammonium and (ii) an anion chosen from hexafluorophosphate ( PF6-), tetrafluoroborate (BF4-), bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI), bis(fluorosulfonyl)imide (FSI), dicyanamide (DCA), 4,5-dicyano-2-(trifluoromethyl)imidazolide (TDI), fluorosulfonyl-(trifluoromethanesulfonyl)imide (FTFSI), (difluoromethanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide (DFTFSI), bis(oxalato)borate (BOB), difluoro(oxalato)borate (DFOB).
Dans un mode de réalisation préféré, les liquides ioniques choisis sont de haute qualité [pureté 99,9 % ; H2O ≤ 5 ppm ; halogénures ≤ 1 ppm ; lithium, sodium et potassium ≤ 10 ppm ; composés organiques azotés ≤ 10 ppm ; test de couleur 20-10 Hazen].In a preferred embodiment, the ionic liquids chosen are of high quality [purity 99.9%; H2O ≤ 5 ppm; halides ≤ 1 ppm; lithium, sodium and potassium ≤ 10 ppm; organic nitrogen compounds ≤ 10 ppm; color test 20-10 Hazen].
Dans un mode de réalisation préféré, la composition d’électrolyte comprend au moins 30% de liquide ionique, en particulier au moins 50% de liquide ionique et préférentiellement au moins 70% de liquide ionique.In a preferred embodiment, the electrolyte composition comprises at least 30% ionic liquid, in particular at least 50% ionic liquid and preferably at least 70% ionic liquid.
Un troisième objet de l’invention est une batterie comprenant une cathode, une anode, un séparateur et l’électrolyte comprenant un composé de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium tel que décrit précédemment.A third object of the invention is a battery comprising a cathode, an anode, a separator and the electrolyte comprising a (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound as described above.
Dans un mode de réalisation particulier, la batterie selon l’invention peut fournir une densité d’énergie supérieure à 350 Wh/kg lorsque l’électrolyte est composé de liquide ionique et du composé de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium. En effet, le composé est compatible avec les performances des liquides ioniques tels que la non-inflammabilité, le voltage élevé et l’utilisation avec des températures élevées.In a particular embodiment, the battery according to the invention can provide an energy density greater than 350 Wh/kg when the electrolyte is composed of ionic liquid and the (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound. Indeed, the compound is compatible with the performances of ionic liquids such as non-flammability, high voltage and use with high temperatures.
Le matériau actif pour la cathode est choisi parmi :
- Pour une batterie Lithium-ion : un composé intercalant du lithium, choisi parmi le phosphate de lithium-fer, (LiFePO4), l’oxyde de lithium-nickel-manganèse-cobalt, (LiNixMnyCozO2), l’oxyde de lithium-nickel-manganèse-cobalt dopé, (LiNixMnyCozO2), l’oxyde de lithium-cobalt (LiCoO2), l’oxyde de lithium-cobalt dopé, l’oxyde de lithium-nickel (LiNiO2), l’oxyde de lithium-nickel dopé, l’oxyde de lithium-manganèse (LiMn2O4), l’oxyde de lithium-manganèse dopé, NCA, l’oxyde de lithium-vanadium, l’oxyde de lithium-vanadium dopé, des oxydes de lithium et de métaux mixtes, Lithium Manganèse Nickel Oxyde (LMNO), des oxydes de lithium et de métaux de transition mixtes, des oxydes de lithium et de métaux de transition mixtes dopés (NCA, LMNX,), le phosphate de lithium-vanadium, le phosphate de lithium-manganèse, le phosphate de lithium-cobalt, les phosphates de lithium et de métaux mixtes, les sulfures métalliques et leurs combinaisons.
- Pour une batterie Sodium-ion : un oxyde métallique tel que VO2, V2O5, H2V3O8, b- MnO2 ;
- For a Lithium-ion battery: a lithium intercalating compound, chosen from lithium iron phosphate (LiFePO4), lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (LiNixMnyCozO2), lithium-nickel oxide doped manganese-cobalt, (LiNixMnyCozO2), lithium-cobalt oxide (LiCoO2), doped lithium-cobalt oxide, lithium-nickel oxide (LiNiO2), doped lithium-nickel oxide, l lithium manganese oxide (LiMn2O4), doped lithium manganese oxide, NCA, lithium vanadium oxide, doped lithium vanadium oxide, lithium and mixed metal oxides, Lithium Manganese Nickel Oxide (LMNO), mixed lithium and transition metal oxides, doped lithium and mixed transition metal oxides (NCA, LMNX,), lithium vanadium phosphate, lithium manganese phosphate, phosphate lithium-cobalt, lithium and mixed metal phosphates, metal sulphides and combinations thereof.
- For a Sodium-ion battery: a metal oxide such as VO2, V2O5, H2V3O8, b-MnO2;
le NaMOX en couches tel que Na0.71CoO2, Na0.7MnO2, b-NaMnO2, Na1.1V3O7.9, Na2RuO3, Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2, Na0.67Co0.5Mn0.5O2, Na0.66Li0.18Mn0.71Ni0.21Co0.08O2+x ;
- des oxydes tunnel 1D tels que Na0.44MnO2,Na0.66[Mn0.66Ti0.34]O2, Na0.61[Mn0.27Fe0.34Ti0.39]O2 ;
- des fluorures tels que FeO0.7F1.3 et NaFeF3 ;
- des sulfates tels que Na2Fe2(SO4)3 et Eldfellite NaFe(SO4)2 ;
- des phosphates NaFePO4 et FePO4 ; Na3V2(PO4)3, Na3V2(PO4)3, Na3V2(PO4)3@C@rGO, Na3V2(PO4)3/C, NaVOPO4 ;
- des pyrophosphates tels que Na2CoP2O7, Na2FeP2O7 et Na3.12Fe2.44(P2O7)2 ;
- 1D tunnel oxides such as Na0.44MnO2,Na0.66[Mn0.66Ti0.34]O2, Na0.61[Mn0.27Fe0.34Ti0.39]O2;
- fluorides such as FeO0.7F1.3 and NaFeF3;
- sulfates such as Na2Fe2(SO4)3 and Eldfellite NaFe(SO4)2;
- NaFePO4 and FePO4 phosphates; Na3V2(PO4)3, Na3V2(PO4)3, Na3V2(PO4)3@C@rGO, Na3V2(PO4)3/C, NaVOPO4;
- pyrophosphates such as Na2CoP2O7, Na2FeP2O7 and Na3.12Fe2.44(P2O7)2;
des fluorophosphates tels que NaVPO4F, Na3V2(PO4)2F3, Na3V2O2(PO4)2F@RuO2, Na3(VO1-xPO4)2F1+2x, Na3.5V2(PO4)2F3 ;
- des phosphates mixtes tels que Na7V4(P2O7)4(PO4), Na3MnPO4CO3 ;
- des hexacyanométalates tels que MnHCMn PBAs, Na1.32Mn[Fe(CN)6]0.83.3.5H2O, NaxCo[Fe(CN)6]0.90·2.9H2O ;
- des cathodes sans métal critique telles que Na2C6O6, Na6C6O6, SSDC, C6Cl4O2/CMK, PTCDA-PI, les poly(anthraquinonyl imide)s et le graphite fonctionnalisé ;
- les analogues de blanc de Prusse ;
- les analogues du bleu de Prusse.
- mixed phosphates such as Na7V4(P2O7)4(PO4), Na3MnPO4CO3;
- hexcyanometalates such as MnHCMn PBAs, Na1.32Mn[Fe(CN)6]0.83.3.5H2O, NaxCo[Fe(CN)6]0.90·2.9H2O;
- critical metal-free cathodes such as Na2C6O6, Na6C6O6, SSDC, C6Cl4O2/CMK, PTCDA-PI, poly(anthraquinonyl imide)s and functionalized graphite;
- analogues of Prussian white;
- analogues of Prussian blue.
Le matériau actif pour l’anode est choisi parmi :
- Pour une batterie Lithium-ion :
- un oxyde composite de titane contenant du lithium (LTO) ;
- mélange d’oxydes de niobium (XNO)
- des métaux (Me) tels que Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni et Fe ou des alliages de ceux-ci ;
- le graphite, le graphène, y compris les particules de graphite naturel, de graphite artificiel, de microbilles de méso-carbone (MCMB) et de carbone (y compris le carbone mou, le carbone dur, les nanofibres de carbone et les nanotubes de carbone) ;
- le silicium (Si), des composites silicium/graphite, des combinaisons de silicium de germanium (Ge), l’étain (Sn), le plomb (Pb), l’antimoine (Sb), le bismuth (Bi), le zinc (Zn), l’aluminium (Al), le nickel (Ni), le cobalt (Co), le manganèse (Mn), le titane (Ti), le fer (Fe) et le cadmium (Cd) ;
- des alliages ou composés intermétalliques de Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Zn, Al ou Cd avec d’autres éléments, lesdits alliages ou composés étant stœchiométriques ou non stœchiométriques ;
- des oxydes, carbures, nitrures, sulfures, phosphures, séléniures et tellurures de Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Zn, Al, Fe, Ni, Co, Ti, Mn ou Cd, et leurs mélanges ou composites ;
- des oxydes (MeOx) des métaux (Me) ;
- des composites des métaux (Me) avec du carbone ;
- des matériaux MXene, [MxC où X = 2,3,4).
- Pour une batterie Sodium-ion : des matériaux à base d’oxydes, de sulfures, de séléniures, de phosphures et de MOF et des matériaux à base de carbone ;les matériaux à base de carbone comprennent le graphite expansé, le graphite expansé dopé N, le noir de carbone, le carbone amorphe, les microsphères de carbone, le carbone dur, le carbone mou méso-puissant, les nanotubes de carbone, les nanofeuillets de graphène, les CNT dopés à l’azote, la mousse de graphène dopée N, les nanofibres poreuses dopées N, le carbone microporeux et le carbone poreux en forme de cube ; les oxydes comprennent les nanofleurs de MnO2, les nanofeuillets de NiO, le SnO poreux, les nanotubes de SnO2 poreux, le Fe3O4–C 3D poreux, le CuO-RGO poreux, les MnO-CNT dopés à l’azote ultrapetits, les micro-fleurs de CuS, SnS2-RGO, Co3S4-PANI, ZnS-RGO, NiS-RGO, Co3S4-PANI, MoS2–C, les nanofeuillets de WS2-carbone conducteur dopé à l’azote, les nanotiges de Sb3Se3-RGO, le MoSe2-fibre de carbone, les nanostructures de Sn4P3 à coquilles multiples, les nanosphères de Sn4P3–C, Se4P4, les nanoparticules de CoP, les matrices de nanotiges FeP sur du tissu de carbone, MoP-C, CUP2-C, le graphène NiO/Ni creux, le CoSe/C structuré en coquille-jaune dopé à l’azote ; le métal de Na.
- For a Lithium-ion battery:
- a lithium-containing composite titanium oxide (LTO);
- mixture of niobium oxides (XNO)
- metals (Me) such as Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni and Fe or alloys thereof;
- graphite, graphene, including particles of natural graphite, artificial graphite, meso-carbon microbeads (MCMB) and carbon (including soft carbon, hard carbon, carbon nanofibers and carbon nanotubes ) ;
- silicon (Si), silicon/graphite composites, silicon combinations of germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), antimony (Sb), bismuth (Bi), zinc (Zn), aluminum (Al), nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), titanium (Ti), iron (Fe) and cadmium (Cd);
- alloys or intermetallic compounds of Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Zn, Al or Cd with other elements, said alloys or compounds being stoichiometric or non-stoichiometric;
- oxides, carbides, nitrides, sulphides, phosphides, selenides and tellurides of Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Zn, Al, Fe, Ni, Co, Ti, Mn or Cd, and their mixtures or composites;
- oxides (MeOx) of metals (Me);
- composites of metals (Me) with carbon;
- MXene materials, [M x C where X = 2,3,4).
- For a Sodium-ion battery: materials based on oxides, sulfides, selenides, phosphides and MOFs and carbon-based materials; carbon-based materials include expanded graphite, N-doped expanded graphite , carbon black, amorphous carbon, carbon microspheres, hard carbon, meso-strong soft carbon, carbon nanotubes, graphene nanosheets, nitrogen-doped CNTs, N-doped graphene foam , N-doped porous nanofibers, microporous carbon and cube-shaped porous carbon; oxides include MnO2 nanoflowers, NiO nanosheets, porous SnO, porous SnO2 nanotubes, porous 3D Fe3O4–C, porous CuO-RGO, ultrasmall nitrogen-doped MnO-CNTs, micro- CuS flowers, SnS2-RGO, Co3S4-PANI, ZnS-RGO, NiS-RGO, Co3S4-PANI, MoS2–C, nitrogen-doped conductive WS2-carbon nanosheets, Sb3Se3-RGO nanorods, MoSe2 -carbon fiber, multi-shell Sn4P3 nanostructures, Sn4P3–C nanospheres, Se4P4, CoP nanoparticles, FeP nanorod arrays on carbon fabric, MoP-C, CUP2-C, graphene NiO/ Neither hollow, yellow-shell structured CoSe/C doped with nitrogen; the metal of Na.
Dans un mode de réalisation préféré, pour les batteries Lithium-ion et Sodium-ion, lorsque la cathode est en Lithium Manganèse Nickel Oxyde (LMNO) alors l’anode est en graphite ou en Lithium Titanate (LTO) ; lorsque la cathode est en Nickel Manganèse Cobalt 532 (NMC532) alors l’anode est en graphite ; lorsque la cathode est en Nickel Manganèse Cobalt 622 (NMC622) alors l’anode est en graphite ; lorsque la cathode est en Nickel Manganèse Cobalt 811 (NMC811) alors l’anode est en graphite lorsque la cathode est en Lithium Fer Phosphate (LFP) alors l’anode est en graphite ; lorsque la cathode est en Lithium Fer Phosphate (LFP) alors l’anode est en Lithium Titanate (LTO).In a preferred embodiment, for Lithium-ion and Sodium-ion batteries, when the cathode is made of Lithium Manganese Nickel Oxide (LMNO) then the anode is made of graphite or Lithium Titanate (LTO); when the cathode is Nickel Manganese Cobalt 532 (NMC532) then the anode is graphite; when the cathode is Nickel Manganese Cobalt 622 (NMC622) then the anode is graphite; when the cathode is made of Nickel Manganese Cobalt 811 (NMC811) then the anode is made of graphite when the cathode is made of Lithium Iron Phosphate (LFP) then the anode is made of graphite; when the cathode is made of Lithium Iron Phosphate (LFP) then the anode is made of Lithium Titanate (LTO).
Les séparateurs peuvent être constitués :The separators can be made up:
- d’une membrane polymère microporeuse qui est une polyoléfine semi-cristalline telle que le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polyéthylène à haute densité (HDPE), PE-PP, PS-PP, les mélanges polyéthylène téréphtalate-polypropylène (PET-PP), le poly(fluorure) de vinylidène (PVDF), le polyacrylonitrile (PAN) ; de polyoxyméthylène, de poly(4-méthyl-1-pentène) ; de tapis de tissu non tissé tel que la cellulose, la polyoléfine, la polyamide, le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le poly(fluorure de vinylidène-co-hexafluoropropylène (PVDF-HFP), le polychlorure de vinyle (PVC), le polyester. D’autres types de polymères sont des matériaux à base de polyoléfine et leurs mélanges tels que le polyéthylène-polypropylène. De polymères greffés tels que des séparateurs de polyéthylène greffés au siloxane, des séparateurs microporeux greffés au poly(méthylmétacrylate). De toiles de nanofibres en polyfluorure de vinylidène (PVDF) .De séparateur modifié par la polytriphénylamine (PTPAn). D’électrolytes polymères tels que des électrolytes polymères ioniques.- a microporous polymer membrane which is a semi-crystalline polyolefin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), high density polyethylene (HDPE), PE-PP, PS-PP, polyethylene terephthalate blends- polypropylene (PET-PP), poly(vinylidene fluoride) (PVDF), polyacrylonitrile (PAN); polyoxymethylene, poly(4-methyl-1-pentene); of non-woven fabric carpet such as cellulose, polyolefin, polyamide, polytetrafluoroethylene (PTFE), poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polyvinyl chloride (PVC), polyester. Other types of polymers are polyolefin-based materials and their blends such as polyethylene-polypropylene Graft polymers such as siloxane-grafted polyethylene separators, poly(methylmethacrylate)-grafted microporous separators. polyvinylidene fluoride (PVDF). Polytriphenylamine (PTPAn) modified separator. Polymer electrolytes such as ionic polymer electrolytes.
Des exemples de tels polymères ioniques sont des composés formés de, par exemple, poly(diallyldimethylammonium) avec un anion choisi parmi l’hexafluorophosphate (PF6-), le tétrafluoroborate (BF4-), le bis(trifluorométhanesulfonyl)imide (TFSI), le bis(fluorosulfonyl)imide (FSI), le dicyanamide (DCA), le 4,5-dicyano-2-(trifluorométhyl)imidazolide (TDI), le fluorosulfonyl-(trifluorométhanesulfonyl)imide (FTFSI) et le (difluorométhanesulfonyl) (trifluorométhanesulfonyl)imide (DFTFSI), le bis(oxalato)borate (BOB), le difluoro(oxalato)borate (DFOB).Examples of such ionic polymers are compounds formed from, for example, poly(diallyldimethylammonium) with an anion chosen from hexafluorophosphate (PF6-), tetrafluoroborate (BF4-), bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI), bis(fluorosulfonyl)imide (FSI), dicyanamide (DCA), 4,5-dicyano-2-(trifluoromethyl)imidazolide (TDI), fluorosulfonyl-(trifluoromethanesulfonyl)imide (FTFSI) and (difluoromethanesulfonyl) (trifluoromethanesulfonyl) imide (DFTFSI), bis(oxalato)borate (BOB), difluoro(oxalato)borate (DFOB).
- De polymères liquides ioniques avec en outre des liquides ioniques (ou sans), électrolytes polymères/copolymères mélangés de l’oxyde de polyéthylène (PEO), polyvinylpyrrolidone, oxyde de polyéthylène, polyacrylonitrile, polyéthylène glycols, glymes, polymères fluorés à toute autre combinaison d’électrolytes polymères et liquides ioniques ou à une combinaison de liquides ioniques et de polymère liquide ionique.- Ionic liquid polymers with, in addition, ionic liquids (or without), mixed polymer/copolymer electrolytes of polyethylene oxide (PEO), polyvinylpyrrolidone, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyethylene glycols, glymes, fluoropolymers with any other combination polymer electrolytes and ionic liquids or a combination of ionic liquids and polymer ionic liquid.
- De liquide ionique polymérisable ;- Polymerizable ionic liquid;
- De séparateur composite inorganique tel que les poudres d’oxyde métallique (TiO2, ZrO2, LiAlO2, Al2O3, MgO, CaCO3) dans une matrice polymère (PVDF-HFP, PTFE), AlO (OH)/alcool polyvinylique (PVA) sur PET ; séparateurs céramiques tels que l’alumine ou des particules céramiques mélangées avec des polymères ou une combinaison de polymères et/ou de liquides ioniques ; polymère revêtu en surface tel qu’un film polymère de type gel (PEO, PVDF-HFP) sur des membranes microporeuses ; imprégnation d’un électrolyte polymère en gel tel qu’un électrolyte à base de liquide ionique dans des membranes microporeuses ; fibres de verre ; séparateurs en verre conducteur. Les séparateurs peuvent également comprendre des électrolytes à l’état solide tels que des électrolytes céramiques solides et des électrolytes polymères solides.- Inorganic composite separator such as metal oxide powders (TiO2, ZrO2, LiAlO2, Al2O3, MgO, CaCO3) in a polymer matrix (PVDF-HFP, PTFE), AlO (OH)/polyvinyl alcohol (PVA) on PET ; ceramic separators such as alumina or ceramic particles mixed with polymers or a combination of polymers and/or ionic liquids; surface-coated polymer such as a gel-like polymer film (PEO, PVDF-HFP) on microporous membranes; impregnation of a gel polymer electrolyte such as an ionic liquid-based electrolyte in microporous membranes; fiberglass; conductive glass separators. The separators may also include solid-state electrolytes such as solid ceramic electrolytes and solid polymer electrolytes.
Dans un mode de réalisation préféré, la batterie comprend une composition d’électrolyte comprenant un solvant liquide ionique et le composé de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium décrit aux formules (I), (II) ou (III) ainsi qu’une cathode en matériau Lithium Manganèse Nickel Oxyde (LMNO).In a preferred embodiment, the battery comprises an electrolyte composition comprising an ionic liquid solvent and the (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound described in formulas (I), (II) or (III) as well as a cathode made of Lithium Manganese Nickel Oxide (LMNO) material.
Dans un mode de réalisation particulier, la batterie comprend une cathode, un électrolyte tel que décrit précédemment et un séparateur.In a particular embodiment, the battery comprises a cathode, an electrolyte as described above and a separator.
Dans un mode de réalisation particulier, la batterie comprend un séparateur et un électrolyte qui sont identiques. C’est le cas notamment lorsque l’électrolyte est solide car il joue aussi le rôle de séparateur.In a particular embodiment, the battery comprises a separator and an electrolyte which are identical. This is particularly the case when the electrolyte is solid because it also plays the role of separator.
(P12(2CN)2FSI) à différentes vitesses de charge et de décharge entre 2.5 V à 4.2 V par rapport à Li+/Li à 45 °C.(P12(2CN) 2 FSI) at different charge and discharge rates between 2.5 V to 4.2 V versus Li+/Li at 45°C.
EXEMPLE 1 : Préparation de l’électrolyte et des piles boutonsEXAMPLE 1: Preparation of the electrolyte and button batteries
Dans une boîte à gants sous atmosphère inerte (Argon) avec des teneurs en eau et O2inférieures à 1 ppm, le sel métallique est dissout dans un solvant organique aprotique dans une concentration souhaitée. Un ou plusieurs composés sont ensuite ajoutés et mélangés afin d’obtenir une solution homogène d’électrolyte.In a glove box under an inert atmosphere (Argon) with water and O 2 contents less than 1 ppm, the metal salt is dissolved in an aprotic organic solvent in a desired concentration. One or more compounds are then added and mixed to obtain a homogeneous electrolyte solution.
Les piles bouton complètes (CR2032) sont assemblées dans une boîte à gants sous atmosphère d’argon avec des teneurs inférieures à 1 ppm en O2et H2O. Les électrodes utilisées sont commerciales et elles ont été achetés déjà enduites sur les collecteurs de courant (aluminium et cuivre). Elles ont des capacités entre 1 et 4 mAh/cm2et sont découpées en disques de 13 mm de diamètre.The complete button cells (CR2032) are assembled in a glove box under an argon atmosphere with contents of less than 1 ppm in O 2 and H 2 O. The electrodes used are commercial and they were purchased already coated on the collectors. current (aluminum and copper). They have capacities between 1 and 4 mAh/cm 2 and are cut into discs of 13 mm in diameter.
Les électrodes sont séparées par un séparateur de 16 mm de diamètre ayant une épaisseur comprise entre 11 et 180 µm pouvant être à base de différents matériaux. Le séparateur est ensuite imbibé d’électrolyte. Les piles bouton ont ensuite été scellées par un instrument de sertissage de pile bouton afin d’obtenir une batterie avant de réaliser les caractérisations électrochimiques.The electrodes are separated by a 16 mm diameter separator with a thickness of between 11 and 180 µm which can be based on different materials. The separator is then soaked with electrolyte. The button cells were then sealed by a button cell crimping instrument to obtain a battery before carrying out the electrochemical characterizations.
Une spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS) et des mesures de cyclage galvanostatique ont été effectuées à l’aide d’un potentiostat VMP3 (BioLogic) et d’un cycleur de batterie multivoie (Arbin Inc). Les mesures d’impédance (EIS) ont été réalisées sur des cellules à deux électrodes à une polarisation en circuit ouvert en appliquant une onde sinusoïdale RMS de 10 mV à des fréquences allant de 1MHz à 10 mHz.Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and galvanostatic cycling measurements were performed using a VMP3 potentiostat (BioLogic) and a multi-channel battery cycler (Arbin Inc). Impedance measurements (EIS) were performed on two-electrode cells at open-circuit bias by applying a 10 mV RMS sine wave at frequencies ranging from 1 MHz to 10 mHz.
Le cyclage galvanostatique est obtenu en chargeant et en déchargeant les cellules à différents courants constants aux tensions de coupure maximale et minimale propres aux différentes combinaisons de matériaux actifs.Galvanostatic cycling is achieved by charging and discharging cells at different constant currents at the maximum and minimum cut-off voltages specific to the different combinations of active materials.
Les impédances et cyclages galvanostatiques ont été réalisés dans une enceinte climatique maintenant une température constante de 20 °C.The impedances and galvanostatic cycling were carried out in a climatic chamber maintaining a constant temperature of 20°C.
EXEMPLE 2 :EXAMPLE 2: PREPARATION D’UNE BATTERIEPREPARING A BATTERY LMNO//GraphiteLMNO//Graphite AVEC ET SANS COMPOSEWITH AND WITHOUT COMPOUND [P1(2CN)[P1(2CN) 33 FSI]FSI] et CHARGE ET DECHARGE DE LA PILEand CHARGING AND DISCHARGING THE BATTERY
Dans une boîte à gants sous atmosphère inerte (Argon) avec une teneur en eau et O2inférieures à 1 ppm, le sel de lithium LiFSI (0.936 g) est dissout dans le liquide ionique PYR13FSI (6.045 g) pour obtenir la concentration souhaitée, le composé (2-cyanoéthyl)phosphonium P1(2CN)3FSI (0.170 g) est ensuite ajouté et mélangé afin d’obtenir une solution d’électrolyte homogène.In a glove box under an inert atmosphere (Argon) with a water and O 2 content less than 1 ppm, the lithium salt LiFSI (0.936 g) is dissolved in the ionic liquid PYR13FSI (6.045 g) to obtain the desired concentration, the compound (2-cyanoethyl)phosphonium P1(2CN) 3 FSI (0.170 g) is then added and mixed in order to obtain a homogeneous electrolyte solution.
Les batteries ont été préparées selon la méthode décrite dans l’Exemple 1. Le tableau 1 ci-dessous regroupe les différentes combinaisons de cathode/anode/électrolyte testées en batterie.The batteries were prepared according to the method described in Example 1. Table 1 below groups together the different cathode/anode/electrolyte combinations tested in the battery.
Tableau 1 :Combinaisons de cathode LMNO/anode Graphite/électrolyte testée en batterie. Table 1 : LMNO cathode/Graphite anode/electrolyte combinations tested in a battery.
Les batteries ont été testées en cyclage galvanostatique de 2 à 5 V à différents taux de C : 0.1 C et 0.5 C dans une enceinte climatique à 20 °C.The batteries were tested in galvanostatic cycling from 2 to 5 V at different C rates: 0.1 C and 0.5 C in a climatic chamber at 20 °C.
La
La
En comparant les profils charge/décharge des deux systèmes, ceux contenant le composé en (2-cyanoéthyl)phosphonium sont plus stables.By comparing the charge/discharge profiles of the two systems, those containing the (2-cyanoethyl)phosphonium compound are more stable.
Tableau 2 : Caractéristiques des piles avec un système LMNO//Graphite à 0.5 C avec et sans composé (2-cyanoéthyl)phosphonium. Painting 2 : Characteristics of batteries with an LMNO//Graphite system at 0.5 C with and without (2-cyanoethyl)phosphonium compound.
Le Tableau 2 et la
Sans composé de sel de (2-cyanoéthyl)phosphonium, la capacité de décharge de la batterie diminue dès les premiers cycles pour des vitesses de charge et de décharge de 0.5 C contrairement au système contenant le composé en (2-cyanoéthyl)phosphonium pour lequel la capacité reste stable plus longtemps, 12% de perte de capacité en 450 cycles (106.23mAh/g à 93.39mAh/g) à 100% DoD. L’efficacité coulombique est également supérieure pour l’électrolyte contenant le (2-cyanoéthyl)phosphonium, elle se rapproche de 99.9% contre 99.2% sans celui-ci.Without the (2-cyanoethyl)phosphonium salt compound, the discharge capacity of the battery decreases from the first cycles for charge and discharge speeds of 0.5 C unlike the system containing the (2-cyanoethyl)phosphonium compound for which capacity remains stable longer, 12% capacity loss in 450 cycles (106.23mAh/g to 93.39mAh/g) at 100% DoD. The coulombic efficiency is also higher for the electrolyte containing (2-cyanoethyl)phosphonium, it is closer to 99.9% compared to 99.2% without it.
EXEMPLE 3 :EXAMPLE 3: PREPARATION D’UNE BATTERIE LMNO//Graphite AVEC ET SANS COMPOSE [P14(2CN)PREPARATION OF AN LMNO//Graphite BATTERY WITH AND WITHOUT COMPOUND [P14(2CN) 22 FSI] et CHARGE ET DECHARGE DE LA PILEFSI] and CHARGING AND DISCHARGING THE BATTERY
Dans une boîte à gants sous atmosphère inerte (Argon) avec une teneur en eau et O2inférieures à 1 ppm, le sel de lithium LiFSI (0.936 g) est dissout dans le liquide ionique PYR13FSI (6.045 g) pour obtenir la concentration souhaitée, un composé de (2-cyanoéthyl)phosphonium P14(2CN)2FSI (0.172 g) est ensuite ajouté et mélangé afin d’obtenir une solution d’électrolyte homogène.In a glove box under an inert atmosphere (Argon) with a water and O 2 content less than 1 ppm, the lithium salt LiFSI (0.936 g) is dissolved in the ionic liquid PYR13FSI (6.045 g) to obtain the desired concentration, a (2-cyanoethyl)phosphonium compound P14(2CN) 2 FSI (0.172 g) is then added and mixed in order to obtain a homogeneous electrolyte solution.
Les batteries ont été préparées selon la méthode décrite dans l’Exemple 1. Le tableau 3 ci-dessous regroupe les différentes combinaisons de cathode/anode/électrolyte testées en batterie.The batteries were prepared according to the method described in Example 1. Table 3 below groups together the different cathode/anode/electrolyte combinations tested in the battery.
Tableau 3 :Combinaisons de cathode LMNO/anode Graphite/électrolyte testée en batterie. Table 3 : LMNO cathode/Graphite anode/electrolyte combinations tested in a battery.
Les batteries ont été testées en cyclage galvanostatique de 2 à 5 V à différents taux de C : 0.1 C et 0.5 C dans une enceinte climatique à 20 °C.The batteries were tested in galvanostatic cycling from 2 to 5 V at different C rates: 0.1 C and 0.5 C in a climatic chamber at 20 °C.
La
La
La perte de capacité est moins importante pour le système dans lequel l’électrolyte contient le composé P14(2CN)2FSI.The capacity loss is less significant for the system in which the electrolyte contains the compound P14(2CN) 2 FSI.
Tableau 4: Caractéristiques des piles avec un système LMNO//Graphite à 0.5 C avec et sans composé P14(2CN)2FSI . Table 4 : Characteristics of batteries with an LMNO//Graphite system at 0.5 C with and without P14(2CN) 2 FSI compound.
Le Tableau 4 et la
Sans composé P14(2CN)2FSI, la capacité de décharge du premier cycle à une vitesse de charge et de décharge de 0.5 C est plus faible qu’avec le composé en (2-cyanoéthyl)phosphonium (respectivement 107.99 mAh/g et 115.30 mAh/g). Concernant la cyclabilité, la capacité du système contenant le composé P14(2CN)2FSI est plus stable au cours des cycles. En effet, en prenant en compte les 247 premiers cycles, la perte de capacité pour le système sans composé P14(2CN)2FSI est de 13.1% contre 4.9% pour celui contenant le composé P14(2CN)2FSI. L’efficacité coulombique est également supérieure pour l’électrolyte contenant le (2-cyanoéthyl)phosphonium.Without the P14(2CN) 2 FSI compound, the discharge capacity of the first cycle at a charge and discharge rate of 0.5 C is lower than with the (2-cyanoethyl)phosphonium compound (respectively 107.99 mAh/g and 115.30 mAh/g). Concerning cyclability, the capacity of the system containing the P14(2CN) 2 FSI compound is more stable during cycles. Indeed, taking into account the first 247 cycles, the loss of capacity for the system without the compound P14(2CN) 2 FSI is 13.1% compared to 4.9% for that containing the compound P14(2CN) 2 FSI. The coulombic efficiency is also higher for the electrolyte containing (2-cyanoethyl)phosphonium.
EXEMPLE 4 :EXAMPLE 4: PREPARATION D’UNE BATTERIE LMNO//PREPARATION OF AN LMNO BATTERY// LTOLTO AVEC ET SANS COMPOSE [P13(2CN)WITH AND WITHOUT COMPOUND [P13(2CN) 22 FSI] et CHARGE ET DECHARGE DE LA PILEFSI] and CHARGING AND DISCHARGING THE BATTERY
Dans une boîte à gants sous atmosphère inerte (Argon) avec une teneur en eau et O2inférieures à 1 ppm, le sel de lithium LiFSI (0.936 g) est dissout dans le liquide ionique PYR13FSI (6.045 g) pour obtenir la concentration souhaitée, un composé de (2-cyanoéthyl)phosphonium P13(2CN)2FSI (0.331 g) est ensuite ajouté et mélangé afin d’obtenir une solution d’électrolyte homogène.In a glove box under an inert atmosphere (Argon) with a water and O 2 content less than 1 ppm, the lithium salt LiFSI (0.936 g) is dissolved in the ionic liquid PYR13FSI (6.045 g) to obtain the desired concentration, a (2-cyanoethyl)phosphonium compound P13(2CN) 2 FSI (0.331 g) is then added and mixed in order to obtain a homogeneous electrolyte solution.
Les batteries ont été préparées selon la méthode décrite dans l’Exemple 1. Le tableau 5 ci-dessous regroupe les différentes combinaisons de cathode/anode/électrolyte testées en batterie.The batteries were prepared according to the method described in Example 1. Table 5 below groups together the different cathode/anode/electrolyte combinations tested in the battery.
Tableau 5 :Combinaisons de cathode LMNO/anode LTO/électrolyte testée en batterie. Table 5 : LMNO cathode/LTO anode/electrolyte combinations tested in battery.
Les batteries ont été testées en cyclage galvanostatique de 1.2 à 3.5 V à différents taux de C : 0.05 C, 0.1 C, 0.14 C, 0.2 C, 0.33 C et 0.5C dans une enceinte climatique à 20 °C.The batteries were tested in galvanostatic cycling from 1.2 to 3.5 V at different C rates: 0.05 C, 0.1 C, 0.14 C, 0.2 C, 0.33 C and 0.5 C in a climatic chamber at 20 °C.
La
La
En comparant les profils charge/décharge des deux systèmes, celui contenant le composé en (2-cyanoéthyl)phosphonium en
Tableau 6 : Caractéristiques des piles avec un système LMNO//LTO à 0.05 C et 0.5 C avec et sans composé. Painting 6 : Characteristics of batteries with an LMNO//LTO system at 0.05 C and 0.5 C with and without compound.
Le Tableau 6 et la
Sans composé de P13(2CN)2FSI, la capacité de décharge de la batterie diminue dès les C/10 contrairement au système contenant le composé en (2-cyanoéthyl)phosphonium pour lequel la capacité reste stable plus longtemps et plus élevée pour des taux de C jusqu’à 0.5 C. L’efficacité coulombique est également supérieure avec la formulation contenant le (2-cyanoéthyl)phosphonium.Without P13(2CN) 2 FSI compound, the discharge capacity of the battery decreases from C/10 unlike the system containing the (2-cyanoethyl)phosphonium compound for which the capacity remains stable longer and higher for rates of C up to 0.5 C. The coulombic efficiency is also higher with the formulation containing (2-cyanoethyl)phosphonium.
EXEMPLE 5 :EXAMPLE 5: PREPARATION D’UNE BATTERIEPREPARING A BATTERY NMC622NMC622 //Graphite AVEC ET SANS COMPOSE [P14(2CN)//Graphite WITH AND WITHOUT COMPOUND [P14(2CN) 22 FSI] et CHARGE ET DECHARGE DE LA PILEFSI] and CHARGING AND DISCHARGING THE BATTERY
Dans une boîte à gants sous atmosphère inerte (Argon) avec une teneur en eau et O2 inférieures à 1ppm, le sel de lithium LiFSI (1.00g) est dissout dans le liquide ionique EMIMFSI (6.49g) dans une concentration souhaitée, un composé en (2-cyanoéthyl)phosphonium P14(2CN)2FSI (0.184g) est ensuite ajouté et mélangé afin d’obtenir une solution homogène.In a glove box under an inert atmosphere (Argon) with a water and O2 content less than 1ppm, the lithium salt LiFSI (1.00g) is dissolved in the ionic liquid EMIMFSI (6.49g) in a desired concentration, a compound in (2-cyanoethyl)phosphonium P14(2CN)2FSI (0.184g) is then added and mixed to obtain a homogeneous solution.
Les batteries ont été préparées selon la méthode décrite dans l’Exemple 1.The batteries were prepared according to the method described in Example 1.
Tableau 7 :Combinaisons de cathode NMC622/ électrolyte / anode Graphite testées en batterie. Table 7 : NMC622 cathode/electrolyte/Graphite anode combinations tested in battery.
Les batteries ont été testées en cyclage galvanostatique de 2 à 4.2V à différents taux de C : 0.05C, 0.1C, 0.14C, 0.2C, 0.33C et 0.5C à température ambiante (TA).The batteries were tested in galvanostatic cycling from 2 to 4.2V at different C rates: 0.05C, 0.1C, 0.14C, 0.2C, 0.33C and 0.5C at room temperature (RT).
Tableau 8: Caractéristiques des piles avec un système NMC622//Gr à 0.05 C et 0.5 C avec et sans composé. Table 8 : Characteristics of batteries with an NMC622//Gr system at 0.05 C and 0.5 C with and without compound.
Le tableau 8 et les Figures 10 et 11 montrent la capacité de décharge en fonction de nombre de cycles des deux systèmes, avec et sans composé. La
Sans composé, la capacité de décharge de la batterie diminue graduellement contrairement au système contenant le composé en (2-cyanoéthyl)phosphonium pour lequel la capacité aux différentes vitesses de charge et de décharge est mieux conservée. La
EXEMPLEEXAMPLE 6 : Tableau comparatif montrant l’impact du nombre de fonction6: Comparison table showing the impact of the number of functions nitrilenitrile sur la concentration nécessaire pour atteindre l’efficacité de la molécule.on the concentration necessary to achieve the effectiveness of the molecule.
Tableau 9Tableau comparatif montrant le ratio Masse molaire de la molécule/Nombre de fonction nitrile porté par la molécule. Table 9 Comparative table showing the ratio Molar mass of the molecule/Number of nitrile function carried by the molecule.
Pour un même système d’électrodes, lorsqu’on utilise le P1(2CN)3FSI, il faudra 129g de molécule alors que pour le P14(2CN)2FSI, il faudra 195g de molécule pour la même efficacité, ce qui engendre une concentration plus élevée et donc une diminution de la conductivité.For the same electrode system, when using P1(2CN) 3 FSI, 129g of molecule will be required whereas for P14(2CN) 2 FSI, 195g of molecule will be required for the same efficiency, which generates a higher concentration and therefore a reduction in conductivity.
Tableau 10: A concentration équivalente de produits (composé d’électrolyte) , les retentions de capacité avec les molécules contenants deux ou trois fonctions nitriles sont plus importantes qu’avec les molécules contenant une seule fonction nitrile. Table 10 : At equivalent concentration of products (electrolyte compound), the capacity retentions with molecules containing two or three nitrile functions are greater than with molecules containing a single nitrile function.
Exemple 7 : PREPARATION D’UNE BATTERIE NMC532//GRAPHITE AVEC ET SANS COMPOSE [P12(2CN)2FSI] et CHARGE ET DECHARGE DE LA PILEExample 7: PREPARATION OF AN NMC532//GRAPHITE BATTERY WITH AND WITHOUT COMPOUND [P12(2CN)2FSI] and CHARGING AND DISCHARGE OF THE BATTERY
Dans une boîte à gants sous atmosphère inerte (Argon) avec une teneur en eau et O2inférieures à 1 ppm, le sel de lithium LiFSI (0.936 g) est dissout dans le liquide ionique PYR13FSI (6.045 g) pour obtenir la concentration souhaitée, un composé de (2-cyanoéthyl)phosphonium P12(2CN)2FSI (0.320 g) est ensuite ajouté et mélangé afin d’obtenir une solution d’électrolyte homogène.In a glove box under an inert atmosphere (Argon) with a water and O 2 content less than 1 ppm, the lithium salt LiFSI (0.936 g) is dissolved in the ionic liquid PYR13FSI (6.045 g) to obtain the desired concentration, a (2-cyanoethyl)phosphonium compound P12(2CN) 2 FSI (0.320 g) is then added and mixed in order to obtain a homogeneous electrolyte solution.
Les batteries ont été préparées selon la méthode décrite dans l’Exemple 1. Le tableau 11 ci-dessous regroupe les différentes combinaisons de cathode/anode/électrolyte testées en batterie.The batteries were prepared according to the method described in Example 1. Table 11 below groups together the different cathode/anode/electrolyte combinations tested in the battery.
Tableau 1 1 : Combinaisons de cathode NMC532/anode Graphite/électrolyte testées en batterie. Painting 1 1 : Battery tested NMC532 cathode/Graphite anode/electrolyte combinations.
Les batteries ont été testées en cyclage galvanostatique de 2.5 à 4.2 V à différents taux de C : 0.05 C, 0.1 C, 0.14 C, 0.2 C, 0.33 C et 0.5 C dans une enceinte climatique à 45 °C.The batteries were tested in galvanostatic cycling from 2.5 to 4.2 V at different C rates: 0.05 C, 0.1 C, 0.14 C, 0.2 C, 0.33 C and 0.5 C in a climatic chamber at 45 °C.
Tableau 1 2 : Caractéristiques des piles avec un système NMC532//Graphite à 0.05 C et 0.5 C avec et sans composé Table 1 2 : Characteristics of batteries with an NMC532//Graphite system at 0.05 C and 0.5 C with and without compound
Le Tableau 12 et la
La
La
Sans composé de P12(2CN)2FSI, la capacité de décharge de la batterie n’est pas stable dès les premiers cycles contrairement au système contenant le composé en (2-cyanoéthyl)phosphonium pour lequel la capacité de décharge reste stable plus longtemps et est plus élevée pour des taux de C jusqu’à 0.5 C. L’efficacité coulombique est également supérieure avec la formulation contenant le (2-cyanoéthyl)phosphonium.
Without P12(2CN) 2 FSI compound, the discharge capacity of the battery is not stable from the first cycles unlike the system containing the (2-cyanoethyl)phosphonium compound for which the discharge capacity remains stable longer and is higher for C levels up to 0.5 C. The coulombic efficiency is also higher with the formulation containing (2-cyanoethyl) phosphonium.
Claims (29)
dans laquelle :
X- est choisi parmi les phosphates de fluoroalkyle, les phosphinates de fluoroalkyle, les phosphonates de fluoroalkyle, les acétates, les triflates, les imides, les amidures,les méthanides, les borates, les phosphates, les sulfonimides ou les aluminates;
R1 estindépendammentchoisi parmi une chaîne -CH2-CH2-CN non substituée, un alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20, un groupement vinylbenzylique; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.
R2 estindépendammentchoisi parmi un groupement alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20, un groupement vinylbenzylique; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement nitrile, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.Electrolyte compound comprising a (2-cyanoethyl)phosphonium salt as represented by formula (I):
in which :
-
R1 is independently selected from unsubstituted -CH 2 -CH 2 -CN chain, C1-C20 alkyl, C3-C6 cycloalkyl, C2-C20 alkenyl, C5-C8 cycloalkenyl, C2 alkynyl -C20, a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or their combinations.
R2 is independently selected from a C1-C20 alkyl group, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl, a C2-C20 alkynyl, a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a nitrile group, a thioether group or their combinations.
X- est choisi parmi les phosphates de fluoroalkyle, les phosphinates de fluoroalkyle, les phosphonates de fluoroalkyle, les acétates, les triflates, les imides, les amidures, les méthides, les borates, les phosphates, les sulfonimides ou les aluminates ;
R1 est indépendamment choisi parmi un alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20, un groupement vinylbenzylique; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.
R2 est indépendamment choisi parmi un groupement alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20, par un groupement vinylbenzylique; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.Electrolyte compound according to claim 1 in which:
-
R1 is independently selected from C1-C20 alkyl, C3-C6 cycloalkyl, C2-C20 alkenyl, C5-C8 cycloalkenyl, C2-C20 alkynyl, vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms may be substituted by a fluorine, a -CF3, an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a thioether group or combinations thereof.
R2 is independently chosen from a C1-C20 alkyl group, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl, a C2-C20 alkynyl, by a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms may be substituted by a fluorine, a -CF3, an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a thioether group or combinations thereof.
dans laquelle
X- est choisi parmi les phosphates de fluoroalkyle, les phosphinates de fluoroalkyle, les phosphonates de fluoroalkyle, les acétates, les triflates, les imides, les amidures, les méthides, les borates, les phosphates, les sulfonimides ou les aluminates ; et
R2 est indépendamment choisi parmi un groupement alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20, par un groupement vinylbenzylique; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un groupement alkyle perfluoré, un groupement silyle, un groupement siloxy, un groupement sulfoxyde, un groupement thioéther ou leurs combinaisons.Electrolyte compound according to claim 1, the (2-cyanoethyl)phosphonium salt of which is represented by formula (II):
in which
- And
R2 is independently chosen from a C1-C20 alkyl group, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl, a C2-C20 alkynyl, by a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms can be substituted by a fluorine, a -CF 3 , an ether, an alkyl group, a perfluorinated alkyl group, a silyl group, a siloxy group, a sulfoxide group, a thioether group or combinations thereof.
dans laquelle
Z est choisi parmi les di-radicaux alkyles en C1-C20 de type –(CH2)n– pouvant comprendre un ou plusieurs éther ou pouvant comprendre un ou plusieurs enchainements de type –CH2–Y–CH2– avec Y=S ou SO ou SO2 ; de préférence le di-radical alkyles est un diradical éthyle, propyle, butyle ou pentyle ;
X- est choisi parmi les phosphates de fluoroalkyle, les phosphinates de fluoroalkyle, les phosphonates de fluoroalkyle, les acétates, les triflates, les imides, les amidures,les méthides, les borates, les phosphates, les sulfonimides ou les aluminates ;
R2 est indépendamment choisi parmi une chaîne -CH2-CH2-CN non substituée, par un alkyle en C1-C20, un cycloalkyle en C3-C6, un alcényle en C2-C20, un cycloalcényle en C5-C8, un alcynyle en C2-C20, un groupement vinylbenzylique; dans lesquels les atomes d'hydrogène peuvent être substitués par un fluor, un -CF3, un éther, un groupement alkyle, un alkyle perfluoré, un silyle, un siloxy, un sulfoxyde, un nitrile, un thioéther ou leurs combinaisons ;An electrolyte compound according to claim 1 wherein the (2-cyanoethyl)phosphonium salt is in the form of a phosphonium salt dimer, said dimer being represented by formula (III)
in which
Z is chosen from C1-C20 alkyl di-radicals of type –(CH 2 ) n – which may comprise one or more ethers or which may comprise one or more sequences of type –CH 2 –Y–CH 2 – with Y=S or SO or SO2; preferably the alkyl di-radical is an ethyl, propyl, butyl or pentyl di-radical;
-
R2 is independently selected from an unsubstituted -CH2-CH2-CN chain, by a C1-C20 alkyl, a C3-C6 cycloalkyl, a C2-C20 alkenyl, a C5-C8 cycloalkenyl, a C2-alkynyl C20, a vinylbenzyl group; in which the hydrogen atoms may be substituted with fluorine, -CF3, ether, alkyl, perfluorinated alkyl, silyl, siloxy, sulfoxide, nitrile, thioether or combinations thereof;
- Pour une batterie Lithium : un composé intercalant du lithium, choisi parmi le phosphate de lithium-fer, (LiFePO4), l’oxyde de lithium-nickel-manganèse-cobalt, (LiNixMnyCozO2), l’oxyde de lithium-nickel-manganèse-cobalt dopé, (LiNixMnyCozO2), l’oxyde de lithium-cobalt (LiCoO2), l’oxyde de lithium-cobalt dopé, l’oxyde de lithium-nickel (LiNiO2), l’oxyde de lithium-nickel dopé, l’oxyde de lithium-manganèse (LiMn2O4), l’oxyde de lithium-manganèse dopé, NCA, l’oxyde de lithium-vanadium, l’oxyde de lithium-vanadium dopé, des oxydes de lithium et de métaux mixtes, Lithium Manganèse Nickel Oxyde (LMNO), des oxydes de lithium et de métaux de transition mixtes, des oxydes de lithium et de métaux de transition mixtes dopés (NCA, LMNX,), le phosphate de lithium-vanadium, le phosphate de lithium-manganèse, le phosphate de lithium-cobalt, les phosphates de lithium et de métaux mixtes, les sulfures métalliques et leurs combinaisons.
- Pour une batterie Sodium-ion : un oxyde métallique tel que VO2, V2O5, H2V3O8, b- MnO2 ;
des oxydes tunnel 1D tels que Na0.44MnO2,Na0.66[Mn0.66Ti0.34]O2, Na0.61[Mn0.27Fe0.34Ti0.39]O2 ;
des fluorures tels que FeO0.7F1.3 et NaFeF3 ;
des sulfates tels que Na2Fe2(SO4)3 et Eldfellite NaFe(SO4)2 ;
des phosphates NaFePO4 et FePO4 ; Na3V2(PO4)3, Na3V2(PO4)3, Na3V2(PO4)3@C@rGO, Na3V2(PO4)3/C, NaVOPO4 ;
des pyrophosphates tels que Na2CoP2O7, Na2FeP2O7 et Na3.12Fe2.44(P2O7)2 ;
des fluorophosphates tels que NaVPO4F, Na3V2(PO4)2F3, Na3V2O2(PO4)2F@RuO2, Na3(VO1-xPO4)2F1+2x, Na3.5V2(PO4)2F3 ;
des phosphates mixtes tels que Na7V4(P2O7)4(PO4), Na3MnPO4CO3 ;
des hexacyanométalates tels que MnHCMn PBAs, Na1.32Mn[Fe(CN)6]0.83.3.5H2O, NaxCo[Fe(CN)6]0.90·2.9H2O ;
des cathodes sans métal critique telles que Na2C6O6, Na6C6O6, SSDC, C6Cl4O2/CMK, PTCDA-PI, les poly(anthraquinonyl imide)s et le graphite fonctionnalisé ;
les analogues de blanc de Prusse
Les analogues de bleu de PrusseBattery according to one of claims 24 to 26 in which the cathode is chosen from
- For a lithium battery: a lithium intercalating compound, chosen from lithium-iron phosphate, (LiFePO4), lithium-nickel-manganese-cobalt oxide, (LiNixMnyCozO2), lithium-nickel-manganese-oxide doped cobalt, (LiNixMnyCozO2), lithium cobalt oxide (LiCoO2), doped lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide (LiNiO2), doped lithium nickel oxide, oxide lithium manganese (LiMn2O4), doped lithium manganese oxide, NCA, lithium vanadium oxide, doped lithium vanadium oxide, lithium and mixed metal oxides, Lithium Manganese Nickel Oxide ( LMNO), mixed lithium and transition metal oxides, doped lithium and mixed transition metal oxides (NCA, LMNX,), lithium vanadium phosphate, lithium manganese phosphate, lithium phosphate -cobalt, lithium and mixed metal phosphates, metal sulfides and their combinations.
- For a Sodium-ion battery: a metal oxide such as VO2, V2O5, H2V3O8, b-MnO2;
1D tunnel oxides such as Na0.44MnO2,Na0.66[Mn0.66Ti0.34]O2, Na0.61[Mn0.27Fe0.34Ti0.39]O2;
fluorides such as FeO0.7F1.3 and NaFeF3;
sulfates such as Na2Fe2(SO4)3 and Eldfellite NaFe(SO4)2;
NaFePO4 and FePO4 phosphates; Na3V2(PO4)3, Na3V2(PO4)3, Na3V2(PO4)3@C@rGO, Na3V2(PO4)3/C, NaVOPO4;
pyrophosphates such as Na2CoP2O7, Na2FeP2O7 and Na3.12Fe2.44(P2O7)2;
fluorophosphates such as NaVPO4F, Na3V2(PO4)2F3, Na3V2O2(PO4)2F@RuO2, Na3(VO1-xPO4)2F1+2x, Na3.5V2(PO4)2F3;
mixed phosphates such as Na7V4(P2O7)4(PO4), Na3MnPO4CO3;
hexacyanometalates such as MnHCMn PBAs, Na1.32Mn[Fe(CN)6]0.83.3.5H2O, NaxCo[Fe(CN)6]0.90·2.9H2O;
critical metal-free cathodes such as Na2C6O6, Na6C6O6, SSDC, C6Cl4O2/CMK, PTCDA-PI, poly(anthraquinonyl imide)s and functionalized graphite;
analogues of Prussian white
Prussian blue analogues
- Pour une batterie Lithium-ion :
mélange d’oxydes de niobium (XNO) ;
des métaux (Me) tels que Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni et Fe ou des alliages de ceux-ci ;
le graphite, le graphène, y compris les particules de graphite naturel, de graphite artificiel, de microbilles de méso-carbone (MCMB) et de carbone (y compris le carbone mou, le carbone dur, les nanofibres de carbone et les nanotubes de carbone ;
le silicium (Si), des composites silicium/graphite, des combinaisons de silicium de germanium (Ge), l’étain (Sn), le plomb (Pb), l’antimoine (Sb), le bismuth (Bi), le zinc (Zn), l’aluminium (Al), le nickel (Ni), le cobalt (Co), le manganèse (Mn), le titane (Ti), le fer (Fe) et le cadmium (Cd) ;
des alliages ou composés intermétalliques de Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Zn, Al ou Cd avec d’autres éléments, lesdits alliages ou composés étant stœchiométriques ou non stœchiométriques ;
des oxydes, carbures, nitrures, sulfures, phosphures, séléniures et tellurures de Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Zn, Al, Fe, Ni, Co, Ti, Mn ou Cd, et leurs mélanges ou composites ;
des oxydes (MeOx) des métaux (Me) ;
et des composites des métaux (Me) avec du carbone ;
des matériaux MXene, [MxC où X = 2,3,4).
- Pour une batterie Sodium-ion : des matériaux à base d’oxydes, de sulfures, de séléniures, de phosphures et de MOF et des matériaux à base de carbone ;les matériaux à base de carbone comprennent le graphite expansé, le graphite expansé dopé N, le noir de carbone, le carbone amorphe, les microsphères de carbone, le carbone dur, le carbone mou méso-puissant, les nanotubes de carbone, les nanofeuillets de graphène, les CNT dopés à l’azote, la mousse de graphène dopée N, les nanofibres poreuses dopées N, le carbone microporeux et le carbone poreux en forme de cube ; les oxydes comprennent les nanofleurs de MnO2, les nanofeuillets de NiO, le SnO poreux, les nanotubes de SnO2 poreux, le Fe3O4–C 3D poreux, le CuO-RGO poreux, les MnO-CNT dopés à l’azote ultrapetits, les micro-fleurs de CuS, SnS2-RGO, Co3S4-PANI, ZnS-RGO, NiS-RGO, Co3S4-PANI, MoS2–C, les nanofeuillets de WS2-carbone conducteur dopé à l’azote, les nanotiges de Sb3Se3-RGO, le MoSe2-fibre de carbone, les nanostructures de Sn4P3 à coquilles multiples, les nanosphères de Sn4P3–C, Se4P4, les nanoparticules de CoP, les matrices de nanotiges FeP sur du tissu de carbone, MoP-C, CUP2-C, le graphène NiO/Ni creux, le CoSe/C structuré en coquille-jaune dopé à l’azote ; le métal de Na.
- For a Lithium-ion battery:
mixture of niobium oxides (XNO);
metals (Me) such as Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni and Fe or alloys thereof;
graphite, graphene, including particles of natural graphite, artificial graphite, meso-carbon microbeads (MCMB) and carbon (including soft carbon, hard carbon, carbon nanofibers and carbon nanotubes ;
silicon (Si), silicon/graphite composites, silicon combinations of germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), antimony (Sb), bismuth (Bi), zinc (Zn), aluminum (Al), nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), titanium (Ti), iron (Fe) and cadmium (Cd);
alloys or intermetallic compounds of Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Zn, Al or Cd with other elements, said alloys or compounds being stoichiometric or non-stoichiometric;
oxides, carbides, nitrides, sulphides, phosphides, selenides and tellurides of Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Zn, Al, Fe, Ni, Co, Ti, Mn or Cd, and their mixtures or composites;
oxides (MeOx) of metals (Me);
and composites of metals (Me) with carbon;
MXene materials, [MxC where X = 2,3,4).
- For a Sodium-ion battery: materials based on oxides, sulfides, selenides, phosphides and MOFs and carbon-based materials; carbon-based materials include expanded graphite, N-doped expanded graphite , carbon black, amorphous carbon, carbon microspheres, hard carbon, meso-strong soft carbon, carbon nanotubes, graphene nanosheets, nitrogen-doped CNTs, N-doped graphene foam , N-doped porous nanofibers, microporous carbon and cube-shaped porous carbon; oxides include MnO2 nanoflowers, NiO nanosheets, porous SnO, porous SnO2 nanotubes, porous 3D Fe3O4–C, porous CuO-RGO, ultrasmall nitrogen-doped MnO-CNTs, micro- CuS flowers, SnS2-RGO, Co3S4-PANI, ZnS-RGO, NiS-RGO, Co3S4-PANI, MoS2–C, nitrogen-doped conductive WS2-carbon nanosheets, Sb3Se3-RGO nanorods, MoSe2 -carbon fiber, multi-shell Sn4P3 nanostructures, Sn4P3–C nanospheres, Se4P4, CoP nanoparticles, FeP nanorod arrays on carbon fabric, MoP-C, CUP2-C, graphene NiO/ Neither hollow, yellow-shell structured CoSe/C doped with nitrogen; the metal of Na.
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