WO2024110725A1 - Electrolyte with high local concentration of lifsi - Google Patents
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Abstract
The invention relates to an electrolyte composition comprising: - a lithium bis(fluorosulfonyl)imide salt; - at least one non-fluorinated organic solvent; - at least one diluent which is a halogenated compound of formula (I): wherein each of the groups R1, R2 and R3 is, independently, of empirical formula CxR'(2x+1)-yHy, each R' being, independently, selected from F and Cl, each x being a number from 1 to 6 and each y being a number from 0 to 2x+1; the lithium bis(fluorosulfonyl)imide salt concentration being greater than or equal to 2 M with respect to the non-fluorinated organic solvent(s).
Description
Electrolyte à haute concentration locale en LiFSI Electrolyte with high local concentration in LiFSI
Domaine de l’invention Field of the invention
La présente invention concerne une composition d’électrolyte comprenant un sel de bis(fluorosulfonyl)imide de lithium. La présente invention concerne également une cellule électrochimique comprenant ladite composition et une batterie comprenant ladite cellule électrochimique. The present invention relates to an electrolyte composition comprising a lithium bis(fluorosulfonyl)imide salt. The present invention also relates to an electrochemical cell comprising said composition and a battery comprising said electrochemical cell.
Arriere-olan techniaue Technical background
Les batteries lithium (Li), telles que les batterie lithium-ion (Li-ion), sont communément utilisées dans les véhicules électriques et les appareils mobiles et portables. Lithium (Li) batteries, such as lithium-ion (Li-ion) batteries, are commonly used in electric vehicles and mobile and portable devices.
Une batterie Li-ion comprend au moins une électrode négative (anode), une électrode positive (cathode), un électrolyte et de préférence un séparateur. L’électrolyte est généralement constitué d’un sel de lithium dissous dans un solvant qui est généralement un mélange de solvants organiques, afin d’avoir un bon compromis entre la viscosité et la constante diélectrique de l’électrolyte. A Li-ion battery comprises at least one negative electrode (anode), one positive electrode (cathode), an electrolyte and preferably a separator. The electrolyte generally consists of a lithium salt dissolved in a solvent which is generally a mixture of organic solvents, in order to have a good compromise between the viscosity and the dielectric constant of the electrolyte.
Le marché des batteries Li-ion nécessite de développer des batteries de plus forte puissance. Cela passe par l’augmentation du voltage nominal des batteries Li-ion. Pour atteindre les voltages visés, des électrolytes de grande pureté sont nécessaires. The Li-ion battery market requires the development of higher power batteries. This involves increasing the nominal voltage of Li-ion batteries. To achieve the targeted voltages, high purity electrolytes are necessary.
Dans le domaine des batteries Li-ion, le sel actuellement le plus utilisé est le LiPFe. Ce sel présente de nombreux désavantages tels qu’une stabilité thermique limitée, une sensibilité à l’hydrolyse et donc une plus faible sécurité de la batterie. In the field of Li-ion batteries, the salt currently most used is LiPFe. This salt has many disadvantages such as limited thermal stability, susceptibility to hydrolysis and therefore lower battery safety.
De nouveaux sels de lithium de type sulfonylimide ont été développés pour tenter d’améliorer les performances des batteries, notamment le LiTFSI (bis(trifluorométhanesulfonyl)imidure de lithium) et le LiFSI (bis(fluorosulfonyl)imidure de lithium). Ces sels présentent peu ou pas de décomposition spontanée, et sont plus stables vis-à-vis de l’hydrolyse que le LiPFe. Néanmoins, le LiTFSI présente le désavantage d’être corrosif vis-à-vis des collecteurs de courant en aluminium. New sulfonylimide type lithium salts have been developed in an attempt to improve battery performance, including LiTFSI (lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) and LiFSI (lithium bis(fluorosulfonyl)imide). These salts show little or no spontaneous decomposition, and are more stable to hydrolysis than LiPFe. However, LiTFSI has the disadvantage of being corrosive to aluminum current collectors.
Les couches de passivation formées lors des premiers cycles de charge / décharge d’une batterie sont primordiales pour sa durée de vie.
Comme couches de passivation, on peut notamment citer la passivation de l’aluminium qui est généralement le collecteur de courant utilisé à la cathode, et l’interface solide-électrolyte (ou « Solid Electrolyte Interface » en anglais, ou SEI) qui est la couche à la fois inorganique et polymérique qui se forme aux interfaces anode / électrolyte et cathode / électrolyte. La stabilité de ces interfaces est un enjeu important pour l’amélioration de la durée de vie des batteries. The passivation layers formed during the first charge/discharge cycles of a battery are essential for its lifespan. As passivation layers, we can in particular cite the passivation of aluminum which is generally the current collector used at the cathode, and the solid-electrolyte interface (or “Solid Electrolyte Interface” in English, or SEI) which is the both inorganic and polymeric layer which forms at the anode/electrolyte and cathode/electrolyte interfaces. The stability of these interfaces is an important issue for improving battery life.
Le sel LiFSI donne en général lieu à des SEI ayant une qualité insatisfaisante. De plus, son utilisation à haute concentration conduit à des difficultés de viscosité excessive, et donc de mauvaise mouillabilité du séparateur et des électrodes. LiFSI salt generally gives rise to SEIs of unsatisfactory quality. In addition, its use at high concentration leads to difficulties with excessive viscosity, and therefore poor wettability of the separator and the electrodes.
Il est connu de préparer un électrolyte à haute concentration locale en sel de lithium. Un tel électrolyte repose sur l’utilisation d’un solvant en combinaison avec un diluant (ou mauvais solvant), qui permet d’obtenir des amas de sel à haute concentration dans le solvant, qui sont distribués dans le diluant. It is known to prepare an electrolyte with a high local concentration of lithium salt. Such an electrolyte relies on the use of a solvent in combination with a diluent (or bad solvent), which makes it possible to obtain clumps of salt at high concentration in the solvent, which are distributed in the diluent.
Le document US 10,367,232 décrit des électrolytes comprenant un sel de lithium, un solvant et un diluant dans lequel le sel de lithium est relativement peu soluble. Le sel peut être présent par exemple dans une concentration d’au moins 3 M par rapport au solvant. Le diluant est choisi parmi le 1 , 1 ,2,2- tétrafluoroéthyl-2,2,2,3-tétrafluoropropyl éther (TTE), le bis (2,2,2- trifluoroéthyl) éther (BTFE), le 1 ,1 ,2,2-tétrafluoroéthyl-2,2,2-trifluoroéthyl éther (TFTFE), le méthoxynonafluorobutane (MOFB) et l’éthoxynonafluorobutane (EOFB). Document US 10,367,232 describes electrolytes comprising a lithium salt, a solvent and a diluent in which the lithium salt is relatively poorly soluble. The salt can be present for example in a concentration of at least 3 M relative to the solvent. The diluent is chosen from 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2,3-tetrafluoropropyl ether (TTE), bis (2,2,2-trifluoroethyl) ether (BTFE), 1,1 ,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethyl ether (TFTFE), methoxynonafluorobutane (MOFB) and ethoxynonafluorobutane (EOFB).
Le document US 2020/0328475 concerne un électrolyte à haute concentration locale en sel, comprenant un solvant et un diluant choisi parmi un glyme fluoré et un éther fluoré. S’agissant de l’éther fluoré, deux exemples sont fournis : le TTE et le BTFE. Document US 2020/0328475 relates to an electrolyte with a high local salt concentration, comprising a solvent and a diluent chosen from a fluorinated glyme and a fluorinated ether. Regarding fluorinated ether, two examples are provided: TTE and BTFE.
L’article Review - Localized High-Concentration Electrolytes for Lithium Batteries, de Cao et al. (J. Electrochem. Soc. 168:010522, 2021 ) contient une présentation générale des électrolytes à haute concentration locale en sel. Le TTE et le BTFE sont cités en tant que diluants. The article Review - Localized High-Concentration Electrolytes for Lithium Batteries, by Cao et al. (J. Electrochem. Soc. 168:010522, 2021) contains a general presentation of electrolytes at high local salt concentration. TTE and BTFE are listed as diluents.
Le document WO 2022/150414 décrit certains éthers fluorés et leur utilisation pour le refroidissement des dispositifs électroniques par immersion. Le document mentionne également de manière très générale la possibilité d’utiliser cette famille de composés en tant que solvants ou additifs dans des électrolytes.
Il existe un besoin de fournir de nouveaux électrolytes pour batteries Li- ion, offrant de préférence des performances améliorées, notamment en termes de qualité de la SEI, d’efficacité coulombique et/ou de durée de vie. Document WO 2022/150414 describes certain fluorinated ethers and their use for cooling electronic devices by immersion. The document also mentions in a very general way the possibility of using this family of compounds as solvents or additives in electrolytes. There is a need to provide new electrolytes for Li-ion batteries, preferably offering improved performance, particularly in terms of SEI quality, coulombic efficiency and/or lifespan.
Résumé de l’invention Summary of the invention
L’invention concerne en premier lieu une composition d’électrolyte comprenant : The invention firstly relates to an electrolyte composition comprising:
- un sel de bis(fluorosulfonyl)imide de lithium ; - a lithium bis(fluorosulfonyl)imide salt;
- au moins un solvant organique non fluoré ; - at least one non-fluorinated organic solvent;
- au moins un diluant qui est un composé halogéné de formule (I) :
dans laquelle chacun des groupements Ri, R2 et R3 est indépendamment de formule brute CxR’(2x+i)-yHy, chaque R’ étant choisi indépendamment parmi F et Cl, chaque x étant un nombre de 1 à 6 et chaque y étant un nombre de 0 à 2x+1 ; la concentration en sel de bis(fluorosulfonyl)imide de lithium étant supérieure ou égale à 2 M par rapport au(x) solvant(s) organique(s) non fluoré(s). - at least one diluent which is a halogenated compound of formula (I): in which each of the groups Ri, R2 and R3 is independently of the crude formula CxR'(2x+i)- y H y , each R' being chosen independently from F and Cl, each x being a number from 1 to 6 and each y being a number from 0 to 2x+1; the concentration of lithium bis(fluorosulfonyl)imide salt being greater than or equal to 2 M relative to the non-fluorinated organic solvent(s).
Dans des variations, le solvant organique non fluoré est choisi parmi les esters d’acide carboxylique aliphatique, les esters d’acide carboxylique, les éthers et leurs mélanges, et de préférence est choisi parmi les esters d’acide carbonique et leurs mélanges. In variations, the non-fluorinated organic solvent is selected from aliphatic carboxylic acid esters, carboxylic acid esters, ethers and mixtures thereof, and preferably is selected from carbonic acid esters and mixtures thereof.
Dans des variations, la totalité des substituants R’ dans le composé halogéné sont des atomes de fluor. In variations, all of the R' substituents in the halogen compound are fluorine atoms.
Dans des variations, la concentration en sel de bis(fluorosulfonyl)imide de lithium est supérieure ou égale à 3 M par rapport au(x) solvant(s) organique(s) non fluoré(s). In variations, the concentration of lithium bis(fluorosulfonyl)imide salt is greater than or equal to 3 M relative to the non-fluorinated organic solvent(s).
Dans des variations, le ou les diluants d’une part et le ou les solvants organique non fluorés d’autre part sont dans un rapport volumique de 10:90 à 50:50. In variations, the diluent(s) on the one hand and the non-fluorinated organic solvent(s) on the other hand are in a volume ratio of 10:90 to 50:50.
L’invention concerne également une cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et la composition d’électrolyte telle que décrite ci-dessus.
L’invention concerne également une batterie comprenant au moins une cellule électrochimique telle que décrite ci-dessus. The invention also relates to an electrochemical cell comprising a negative electrode, a positive electrode and the electrolyte composition as described above. The invention also relates to a battery comprising at least one electrochemical cell as described above.
Dans des variations, cette batterie a une tension de coupure de charge supérieure ou égale à 4,3 V. In variations, this battery has a charge cut-off voltage greater than or equal to 4.3V.
L’invention concerne également l’utilisation de la composition d’électrolyte telle que décrite ci-dessus, dans une batterie Li-ion, de préférence dans une batterie Li-ion d’appareil électronique portable, par exemple un téléphone portable ou un ordinateur portable, une batterie Li-ion de véhicule électrique, ou une batterie Li-ion de stockage d’énergie renouvelable par exemple, photovoltaïque ou éolienne. The invention also relates to the use of the electrolyte composition as described above, in a Li-ion battery, preferably in a Li-ion battery of a portable electronic device, for example a mobile telephone or a computer portable, a Li-ion battery for an electric vehicle, or a Li-ion battery for renewable energy storage, for example, photovoltaic or wind power.
Dans des variations, l’utilisation est effectuée dans une batterie Li-ion ayant une tension de coupure de charge supérieure ou égale à 4,3 V. In variations, use is in a Li-ion battery having a charge cut-off voltage greater than or equal to 4.3 V.
L’invention concerne également l’utilisation de la composition d’électrolyte telle que décrite ci-dessus, pour augmenter la durée de vie d’une batterie Li-ion et/ou pour améliorer les performances électroniques d’une batterie Li-ion, de préférence ayant une tension de coupure de charge supérieure ou égale à 4,3 V. The invention also relates to the use of the electrolyte composition as described above, to increase the lifespan of a Li-ion battery and/or to improve the electronic performance of a Li-ion battery, preferably having a charge cut-off voltage greater than or equal to 4.3 V.
La présente invention permet de répondre au besoin exprimé ci-dessus. Elle fournit plus particulièrement de nouveaux électrolytes pour batteries Li- ion, qui offrent de préférence des performances améliorées, notamment en termes de qualité de la SEI, d’efficacité coulombique et/ou de durée de vie. The present invention makes it possible to meet the need expressed above. More particularly, it provides new electrolytes for Li-ion batteries, which preferably offer improved performance, particularly in terms of SEI quality, coulombic efficiency and/or lifespan.
La concentration élevée du sel de lithium dans le solvant de l’électrolyte est avantageuse en particulier pour les applications à haut voltage (typiquement supérieur à 4,3 V). Cette concentration élevée empêche la dissolution des métaux de transition dans l'électrolyte et prolonge ainsi la durée de vie de la batterie. En outre, le sel LiFSI est plus compatible que les autres sels avec l'anode Li métal. The high concentration of lithium salt in the electrolyte solvent is advantageous particularly for high voltage applications (typically above 4.3 V). This high concentration prevents the dissolution of transition metals in the electrolyte and thus extends the life of the battery. In addition, LiFSI salt is more compatible than other salts with the Li metal anode.
L’utilisation du diluant permet de réduire la viscosité de la composition et d’améliorer la mouillabilité de la composition vis-à-vis du séparateur et des électrodes. Les diluants tels que revendiqués sont stables sur une large fenêtre électrochimique et permettent de conserver les avantages des solutions concentrées de LiFSI, en particulier à haut voltage. En outre, l’invention permet d'obtenir des SEI améliorées, que ce soit sur anode graphite, silicium ou lithium métal, ce qui améliore les performances de la batterie au niveau de l'efficacité coulombique et de la durée de vie de la batterie. The use of the diluent makes it possible to reduce the viscosity of the composition and to improve the wettability of the composition with respect to the separator and the electrodes. The diluents as claimed are stable over a wide electrochemical window and allow the advantages of concentrated LiFSI solutions to be retained, particularly at high voltage. Furthermore, the invention makes it possible to obtain improved SEI, whether on graphite, silicon or lithium metal anode, which improves the performance of the battery in terms of coulombic efficiency and battery life. .
L’utilisation d’un composé de formule (I) en tant que diluant offre des avantages de stabilité électrochimique. La structure ramifiée du composé de
formule (I) permet d’obtenir une viscosité particulièrement favorable par rapport aux compositions de l’état de la technique.
détaillée The use of a compound of formula (I) as a diluent offers electrochemical stability advantages. The branched structure of the compound formula (I) makes it possible to obtain a particularly favorable viscosity compared to the compositions of the state of the art. detailed
L’invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit. The invention is now described in more detail and in a non-limiting manner in the description which follows.
Composition d’électrolvte Electrolvte composition
La présente invention concerne une composition d’électrolyte comprenant un sel de bis(fluorosulfonyl)imide de lithium (LiFSI). Dans le cadre de l’invention, on utilise de manière équivalente les termes « se/ de lithium de bis(fluorosulfonyl)imide », « lithium bis(sulfonyl)imidure », « LiFSI »,The present invention relates to an electrolyte composition comprising a lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) salt. In the context of the invention, the terms “lithium bis(fluorosulfonyl)imide”, “lithium bis(sulfonyl)imide”, “LiFSI”, “lithium bis(sulfonyl)imide”, “LiFSI”, are used equivalently.
« LiN(FSO2)2 », «. lithium de bis(suiïonyl)imide », ou « bis(fluorosulfonyl)imidure de lithium ». “LiN(FSO2)2”, “. lithium bis(sulfonyl)imide”, or “lithium bis(fluorosulfonyl)imide”.
La composition d’électrolyte comprend par ailleurs un solvant organique non fluoré (c’est-à-dire un solvant qui ne contient pas l’élément fluor). Dans le cadre de la présente demande, le solvant organique n’est pas, et ne comprend pas, de composé de formule (I) tel que défini dans la présente demande. The electrolyte composition further comprises a non-fluorinated organic solvent (i.e. a solvent which does not contain the element fluorine). In the context of this application, the organic solvent is not, and does not include, a compound of formula (I) as defined in this application.
Des exemples de solvants organiques non fluorés comprennent : Examples of non-fluorinated organic solvents include:
- les éthers, tels que l’éthylène glycol diméthyl éther (1 ,2- diméthoxyéthane), l’éthylène glycol diéthyl éther, le tétrahydrofurane, le 2-méthyltétrahydrofurane, le 2,6-diméthyltétrahydrofurane, le tétrahydropyrane, un éther couronne, le triéthylène glycol diméthyl éther, le tétraéthylène glycol diméthyl éther, le 1 ,4-dioxane et le 1 ,3-dioxolane, ainsi que leurs mélanges ; - ethers, such as ethylene glycol dimethyl ether (1,2-dimethoxyethane), ethylene glycol diethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 2,6-dimethyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, a crown ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane and 1,3-dioxolane, as well as mixtures thereof;
- les esters d’acide carbonique (ou carbonates) non-cycliques tels que le carbonate de diméthyle, le carbonate d’éthyle méthyle, le carbonate de diéthyle, le carbonate de diphényle et le carbonate de méthyle phényle ainsi que leurs mélanges ; - non-cyclic carbonic acid esters (or carbonates) such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, diphenyl carbonate and methyl phenyl carbonate as well as their mixtures;
- les esters d’acide carbonique (ou carbonates) cycliques tels que le carbonate d’éthylène, le carbonate de propylène, l’éthylène 2,3- diméthylcarbonate, le carbonate de butylène, le vinylène carbonate et l’éthylène 2-vinylcarbonate ainsi que leurs mélanges ; - cyclic carbonic acid esters (or carbonates) such as ethylene carbonate, propylene carbonate, ethylene 2,3-dimethylcarbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate and ethylene 2-vinylcarbonate as well as their mixtures;
- les esters d’acide carboxylique aliphatique non cyclique tels que le formate de méthyle, l’acétate de méthyle, le propionate de méthyle, l’acétate d’éthyle, l’acétate de propyle, l’acétate de butyle et l’acétate d’amyle ainsi que leurs mélanges ;
- les esters d’acide carboxylique aromatique tels que le benzoate de méthyle et le benzoate d’éthyle ainsi que leurs mélanges ;- non-cyclic aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate and acetate amyl as well as their mixtures; - aromatic carboxylic acid esters such as methyl benzoate and ethyl benzoate as well as their mixtures;
- les esters d’acide carboxylique cyclique tels que la y-butyrolactone, la y-valérolactone et la 5-valérolactone ainsi que leurs mélanges ;- cyclic carboxylic acid esters such as y-butyrolactone, y-valerolactone and 5-valerolactone as well as their mixtures;
- les esters d’acide phosphorique tels que le triméthyl phosphate, l’éthyl diméthyl phosphate, le diéthyl méthyl phosphate et le triéthyl phosphate ainsi que leurs mélanges ; - phosphoric acid esters such as trimethyl phosphate, ethyl dimethyl phosphate, diethyl methyl phosphate and triethyl phosphate as well as their mixtures;
- les nitriles non-aromatiques tels que l’acétonitrile, le propionitrile, le méthoxypropionitrile, le glutaronitrile, l’adiponitrile, le 2- méthylg lutaron itrile, le valéronitrile, le butyronitrile et I ’ isobutyron itrile ainsi que leurs mélanges ; - non-aromatic nitriles such as acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 2-methylglutaron itrile, valeronitrile, butyronitrile and isobutyron itrile as well as their mixtures;
- les nitriles aromatiques tels que le benzonitrile et le tolunitrile ainsi que leurs mélanges ; - aromatic nitriles such as benzonitrile and tolunitrile as well as their mixtures;
- les amides tels que le N-méthylformamide, le N-éthylformamide, le N,N-diméthylformamide, le N,N-diméthylacétamide, la N- méthylpyrrolidinone, la N-méthylpyrrolidone et la N-vinylpyrrolidone ainsi que leurs mélanges ; - amides such as N-methylformamide, N-ethylformamide, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidinone, N-methylpyrrolidone and N-vinylpyrrolidone as well as their mixtures;
- les composés soufrés tels que le diméthylsulfone, l’éthylméthylsulfone, le diéthylsulfone, le sulfolane, le 3- méthylsulfolane et le 2,4-diméthylsulfolane ainsi que leurs mélanges ; - sulfur compounds such as dimethylsulfone, ethylmethylsulfone, diethylsulfone, sulfolane, 3-methylsulfolane and 2,4-dimethylsulfolane as well as their mixtures;
- les alcools tels que l’éthylène glycol, le propylène glycol, l’éthylène glycol monométhyléther et l’éthylène glycol monoéthyl éther ainsi que leurs mélanges; - alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether and ethylene glycol monoethyl ether as well as their mixtures;
- les sulfoxydes tels que le diméthyl sulfoxyde, le méthyl éthyl sulfoxyde et le diéthyl sulfoxyde ainsi que leurs mélanges ;- sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, methyl ethyl sulfoxide and diethyl sulfoxide as well as their mixtures;
- le nitrométhane ; - nitromethane;
- la 1 ,3-diméthyl-2-imidazolidinone ; - 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone;
- la 1 ,3-diméthyl-3,4,5,6-tétrahydro-2(1 ,H)-pyrimidinone ; - 1,3-dimethyl-3,4,5,6-tetrahydro-2(1,H)-pyrimidinone;
- la 3-méthyl-2-oxazolidinone. - 3-methyl-2-oxazolidinone.
Des solvants appartenant à plusieurs des catégories ci-dessus peuvent être utilisés en combinaison. Solvents from more than one of the above categories can be used in combination.
Alternativement, un seul solvant organique non fluoré est utilisé. Alternatively, a single non-fluorinated organic solvent is used.
Les esters d’acide carbonique, les esters d’acide carboxylique aliphatique, les esters d’acide carboxylique et les éthers sont préférés. Carbonic acid esters, aliphatic carboxylic acid esters, carboxylic acid esters and ethers are preferred.
Les esters d’acide carbonique sont encore davantage préférés.
Par exemple, on peut utiliser un mélange de carbonate d’éthylène/carbonate d’éthyle et méthyle, en particulier dans un ratio volumique d’environ 3/7, pour le solvant organique non fluoré. Carbonic acid esters are even more preferred. For example, a mixture of ethylene carbonate/ethyl and methyl carbonate can be used, in particular in a volume ratio of approximately 3/7, for the non-fluorinated organic solvent.
La composition d’électrolyte comprend par ailleurs au moins un diluant. Le diluant comprend un ou plusieurs composés halogénés de formule (I) : The electrolyte composition further comprises at least one diluent. The diluent comprises one or more halogenated compounds of formula (I):
Rn. dans laquelle chacun des groupements Ri, R2 et R3 est indépendamment de formule brute CxR’(2x+i)-yHy, chaque R’ étant choisi indépendamment parmi F et Cl, chaque x étant un nombre de 1 à 6 et chaque y étant un nombre de 0 à 2x+1 . Rn. in which each of the groups Ri, R2 and R3 is independently of the crude formula CxR'(2x+i)- y H y , each R' being chosen independently from F and Cl, each x being a number from 1 to 6 and each y being a number from 0 to 2x+1.
Par « composé halogéné » on entend que le composé comprend au moins un substituant R’ (Cl ou F), de préférence plusieurs. By “halogenated compound” we mean that the compound comprises at least one R’ substituent (Cl or F), preferably several.
De préférence, le composé halogéné est un composé fluoré, c’est-à- dire qu’il comprend au moins un substituant R’=F. Preferably, the halogenated compound is a fluorinated compound, that is to say it comprises at least one R'=F substituent.
De préférence, le nombre total de groupements R’ dans le composé de formule (I) est supérieur ou égal à 2, ou à 3, ou à 4, ou à 5, ou de manière plus particulièrement préférée à 6. Preferably, the total number of R' groups in the compound of formula (I) is greater than or equal to 2, or 3, or 4, or 5, or more particularly preferably 6.
De préférence, le composé de formule (I) contient de 0 à 2 substituants Cl. De préférence encore, le composé de formule (I) contient de 0 à 1 substituant Cl. De manière encore plus préférée, le composé de formule (I) est dépourvu de tout atome de chlore (c’est-à-dire que chaque R’ est un atome de fluor). Preferably, the compound of formula (I) contains from 0 to 2 Cl substituents. More preferably, the compound of formula (I) contains from 0 to 1 Cl substituent. Even more preferably, the compound of formula (I) is devoid of any chlorine atoms (i.e. each R' is a fluorine atom).
Dans certains modes de réalisation, le composé de formule (I) satisfait une ou plusieurs des conditions suivantes : In certain embodiments, the compound of formula (I) satisfies one or more of the following conditions:
(i) Si Ri et R2 sont CF3, alors R3 est différent de CF3 et de CH2F.(i) If Ri and R2 are CF3, then R3 is different from CF3 and CH2F.
(ii) Le nombre total d’atomes F dans le composé de formule (I) vaut de 7 à 15. (ii) The total number of F atoms in the compound of formula (I) is from 7 to 15.
(iii) Si le nombre total de groupements R’ dans le composé de formule (I) est supérieur ou égal à 8, alors le rapport molaire de R’ sur H dans le groupement O-CH2-R3 est supérieur ou égal à 1 ,5 ; et si le nombre total de groupements R’ dans le composé de formule (I) est supérieur ou égal à 13, alors le rapport molaire
de R’ sur H dans le groupement O-CH2-R3 est supérieur ou égal à 2. (iii) If the total number of R' groups in the compound of formula (I) is greater than or equal to 8, then the molar ratio of R' to H in the O-CH2-R3 group is greater than or equal to 1, 5; and if the total number of R' groups in the compound of formula (I) is greater than or equal to 13, then the molar ratio of R' on H in the O-CH2-R3 group is greater than or equal to 2.
(iv) Le composé comprend 0 ou 1 atome de chlore. (iv) The compound includes 0 or 1 chlorine atom.
(v) R3 inclut au moins un CF3 avec x supérieur ou égal à 2. (v) R3 includes at least one CF3 with x greater than or equal to 2.
(vi) Si le nombre total de F dans le composé de formule (I) est supérieur ou égal à 8, alors le rapport molaire de F sur H dans le groupement O-CH2-R3 est supérieur ou égal à 1 ,5 ; et si le nombre total de groupements F dans le composé de formule (I) est supérieur ou égal à 13, alors le rapport molaire de F sur H dans le groupement O-CH2-R3 est supérieur ou égal à 2. (vi) If the total number of F in the compound of formula (I) is greater than or equal to 8, then the molar ratio of F to H in the O-CH2-R3 group is greater than or equal to 1.5; and if the total number of F groups in the compound of formula (I) is greater than or equal to 13, then the molar ratio of F to H in the O-CH2-R3 group is greater than or equal to 2.
Dans certains modes de réalisation, les trois conditions (ii) à (iv) sont satisfaites. In some embodiments, all three conditions (ii) to (iv) are satisfied.
Dans certains modes de réalisation, les quatre conditions (i) à (iv) sont satisfaites. In some embodiments, all four conditions (i) to (iv) are satisfied.
Dans certains modes de réalisation, les cinq conditions (i) à (v) sont satisfaites. In some embodiments, all five conditions (i) to (v) are satisfied.
Dans certains modes de réalisation, les trois conditions (i), (ii) et (vi) sont satisfaites. In some embodiments, all three conditions (i), (ii) and (vi) are satisfied.
Dans certains modes de réalisation, les quatre conditions (i), (ii), (v) et (vi) sont satisfaites. In some embodiments, all four conditions (i), (ii), (v) and (vi) are satisfied.
Dans certains modes de réalisation, les cinq conditions (i), (ii), (iv), (v) et (vi) sont satisfaites. In some embodiments, all five conditions (i), (ii), (iv), (v) and (vi) are satisfied.
Dans certains modes de réalisation, si le nombre total de groupements R’ dans le composé de formule (I) est supérieur ou égal à 13, alors le rapport molaire de R’ sur H dans le groupement O-CH2-R3 est supérieur ou égal à 2,5 ; de préférence est supérieur ou égal à 3 ; de préférence encore est supérieur ou égal à 3,5. In certain embodiments, if the total number of R' groups in the compound of formula (I) is greater than or equal to 13, then the molar ratio of R' to H in the O-CH2-R3 group is greater than or equal at 2.5; preferably is greater than or equal to 3; more preferably is greater than or equal to 3.5.
Dans certains modes de réalisation, si le nombre total de groupements F dans le composé de formule (I) est supérieur ou égal à 13, alors le rapport molaire de F sur H dans le groupement O-CH2-R3 est supérieur ou égal à 2,5 ; de préférence est supérieur ou égal à 3 ; de préférence encore est supérieur ou égal à 3,5. In certain embodiments, if the total number of F groups in the compound of formula (I) is greater than or equal to 13, then the molar ratio of F to H in the O-CH2-R3 group is greater than or equal to 2 .5; preferably is greater than or equal to 3; more preferably is greater than or equal to 3.5.
Dans certains modes de réalisation, x=1 pour Ri et pour R2. In certain embodiments, x=1 for Ri and for R2.
Dans certains modes de réalisation, Ri est CF3 et/ou R2 est CF3, de préférence Ri et R2 sont chacun CF3. In certain embodiments, Ri is CF3 and/or R2 is CF3, preferably Ri and R2 are each CF3.
Dans certains modes de réalisation, R3 est un groupement perhalogéné (y=0), de préférence un groupement perfluoré (y=0, chaque R’ représente F).
Dans certains modes de réalisation, le composé de formule (I) est le 1 ,1 ,1 ,3,3,3-hexafluoro-2-(2,2,2-trifluoréthoxy)propane de formule (II) :
In certain embodiments, R3 is a perhalogenated group (y=0), preferably a perfluorinated group (y=0, each R' represents F). In certain embodiments, the compound of formula (I) is 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-(2,2,2-trifluoroethoxy)propane of formula (II):
Dans certains modes de réalisation, le composé de formule (I) est le composé de formule (III) :
In certain embodiments, the compound of formula (I) is the compound of formula (III):
Dans certains modes de réalisation, le composé de formule (I) est le composé de formule (IV) :
In certain embodiments, the compound of formula (I) is the compound of formula (IV):
F3C F 3 C
Dans certains modes de réalisation, le composé de formule (I) est le composé de formule (V) :
In certain embodiments, the compound of formula (I) is the compound of formula (V):
CH — O— CH — CF2CF2CF2CFg CH — O— CH — CF2CF2CF2CFg
FgC FgC
Dans certains modes de réalisation, le composé de formule (I) est le composé de formule (VI) :
In certain embodiments, the compound of formula (I) is the compound of formula (VI):
Dans certains modes de réalisation, le composé de formule (I) est le composé de formule (VII) :
In certain embodiments, the compound of formula (I) is the compound of formula (VII):
Dans certains modes de réalisation, le composé de formulé (I) est le 2- (2,2-difluoroéthoxy)-1 ,1 ,1 ,3,3,3-hexafluoropropane ; le 1 ,1 ,1 ,3,3,3-hexafluoro- 2-(2,2,2-trifluoroéthoxy)propane ; le 1 ,1 ,1 , 3,3, 3-hexafluoro-2-(2, 2,3,3- tétrafluoropropoxy)propane; le 1 ,1 ,1 ,2,2,4,4,5,5,5-décafluoro-3-(2,2,2- trifluoroéthoxy)pentane ; le 1 ,1 ,2,2,3,3,4,4-octafluoro-5-[2,2,2-trifluoro-1- (trifluorométhyl)éthoxy]pentane ; ou le 1 ,1 ,1 ,2,2,3,3,5,5,6,6,6-dodécafluoro-4- (2,2,2-trifluoroéthoxy)hexane. Alternativement, dans certains modes de réalisation, la composition ne comprend pas l’un de ces composés, ou ne comprend aucun de ces composés. In certain embodiments, the compound of formula (I) is 2-(2,2-difluoroethoxy)-1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane; 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-(2,2,2-trifluoroethoxy)propane; 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-(2,2,3,3-tetrafluoropropoxy)propane; 1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-decafluoro-3-(2,2,2-trifluoroethoxy)pentane; 1,1,2,2,3,3,4,4-octafluoro-5-[2,2,2-trifluoro-1-(trifluoromethyl)ethoxy]pentane; or 1,1,1,2,2,3,3,5,5,6,6,6-dodecafluoro-4-(2,2,2-trifluoroethoxy)hexane. Alternatively, in some embodiments, the composition does not include one of these compounds, or does not include any of these compounds.
Dans certains modes de réalisation, un seul composé de formule (I) est utilisé en tant que diluant. Alternativement, plusieurs composés de formule (I) peuvent être présents en combinaison. In some embodiments, a single compound of formula (I) is used as a diluent. Alternatively, several compounds of formula (I) may be present in combination.
La concentration en LiFSI est supérieure ou égale à 2 M (2 mol/L) par rapport au volume total de solvant(s) organique(s) non fluoré(s). De préférence, cette concentration est supérieure ou égale à 2,5 M, ou à 3 M, ou à 3,5 M, ou à 4 M. The concentration of LiFSI is greater than or equal to 2 M (2 mol/L) relative to the total volume of non-fluorinated organic solvent(s). Preferably, this concentration is greater than or equal to 2.5 M, or 3 M, or 3.5 M, or 4 M.
La composition d’électrolyte peut avoir une teneur en LiFSI supérieure ou égale à 30 % en poids par rapport au poids total de la composition d’électrolyte. La teneur en LiFSI dans l’électrolyte peut être déterminée par RMN. Cette teneur peut être de 30 à 35 % ; ou de 35 à 40 % ; ou de 40 à 45 % ; ou de 45 à 50 % ; ou de 50 à 55 % ; ou de 55 à 60 % ; ou de 60 à 65 % ; ou de 65 à 70 % ; ou de 70 à 75 % ; ou de 75 à 80 % ; ou de 80 à 85 % ; ou de 85 à 90 % ; ou de 90 à 95 % ; ou supérieure à 95 % en poids par rapport au poids total de la composition d’électrolyte. The electrolyte composition may have a LiFSI content greater than or equal to 30% by weight relative to the total weight of the electrolyte composition. The LiFSI content in the electrolyte can be determined by NMR. This content can be 30 to 35%; or 35 to 40%; or 40 to 45%; or 45 to 50%; or 50 to 55%; or 55 to 60%; or 60 to 65%; or 65 to 70%; or 70 to 75%; or 75 to 80%; or 80 to 85%; or 85 to 90%; or 90 to 95%; or greater than 95% by weight relative to the total weight of the electrolyte composition.
Les diluants et solvants organiques non fluorés peuvent être présents dans un rapport volumique (volume total du ou des diluants sur le volume total du ou des solvants organiques non fluorés) de 10:90 à 50:50. Ce rapport volumique peut être de 10:90 à 20:80, ou de 20:80 à 30:70, ou de 30:70 à 40:60, ou de 40:60 à 50:50. Non-fluorinated organic diluents and solvents may be present in a volume ratio (total volume of diluent(s) to total volume of non-fluorinated organic solvent(s)) of 10:90 to 50:50. This volume ratio can be from 10:90 to 20:80, or from 20:80 to 30:70, or from 30:70 to 40:60, or from 40:60 to 50:50.
La composition d’électrolyte selon l’invention peut optionnellement comprendre un ou plusieurs sels de lithium additionnels, différents du LiFSI. A titre d’exemples non limitatifs, le sel de lithium (ou les sels de lithium) additionnel peut être choisis parmi le LiPFe (hexafluorophosphate de lithium), le LiTDI (2-trifluorométhyl-4,5-dicyano-imidazolate de lithium), le
bis(trifluorométhanesulfonyl)imide de lithium (LiTFSI), le I POF2, le difluorophosphate de lithium (ÜPO2F2), le bis(oxalato)borate de lithium (LiB(C2O4)2), le difluoro(oxalato)borate de lithium (LiF2B(C2C>4)2), le LiBF4, le LiNOs, le LiCICU. The electrolyte composition according to the invention may optionally comprise one or more additional lithium salts, different from LiFSI. By way of non-limiting examples, the additional lithium salt (or lithium salts) may be chosen from LiPFe (lithium hexafluorophosphate), LiTDI (lithium 2-trifluoromethyl-4,5-dicyano-imidazolate), THE lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), I POF2, lithium difluorophosphate (ÜPO2F2), lithium bis(oxalato)borate (LiB(C2O4)2), lithium difluoro(oxalato)borate (LiF2B( C2C>4)2), LiBF4, LiNOs, LiCICU.
La teneur en sels de lithium additionnels dans la composition d’électrolyte selon l’invention peut être de 0 à 5 % en poids par rapport au poids total de la composition d’électrolyte. The content of additional lithium salts in the electrolyte composition according to the invention may be from 0 to 5% by weight relative to the total weight of the electrolyte composition.
Selon certains modes de réalisation, la composition d’électrolyte selon l’invention peut comprendre un ou plusieurs polymères polaires. Le polymère polaire comprend de préférence des unités monomères dérivées de l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène, l'épichlorohydrine, l'épifluorohydrine, le trifluoroépoxypropane, l'acrylonitrile, le méthacrylonitrile, les esters et amides de l'acide acrylique et méthacrylique, le fluorure de vinylidène, la N-méthylpyrrolidone et/ou les polyélectrolytes de type polycation ou polyanion. Lorsque la présente composition d’électrolyte comprend plus d'un polymère, au moins un de ceux-ci peut être réticulé. According to certain embodiments, the electrolyte composition according to the invention may comprise one or more polar polymers. The polar polymer preferably comprises monomer units derived from ethylene oxide, propylene oxide, epichlorohydrin, epifluorohydrin, trifluoroepoxypropane, acrylonitrile, methacrylonitrile, acid esters and amides. acrylic and methacrylic, vinylidene fluoride, N-methylpyrrolidone and/or polyelectrolytes of the polycation or polyanion type. When the present electrolyte composition comprises more than one polymer, at least one thereof may be crosslinked.
La teneur en polymères polaires dans la composition d’électrolyte selon l’invention peut être par exemple de 0,1 à 60 % en poids par rapport au poids total de la composition d’électrolyte. The content of polar polymers in the electrolyte composition according to the invention may for example be from 0.1 to 60% by weight relative to the total weight of the electrolyte composition.
Selon certains modes de réalisation, la composition d’électrolyte peut comprendre un ou plusieurs additifs. In some embodiments, the electrolyte composition may include one or more additives.
La teneur en additifs dans la composition d’électrolyte selon l’invention peut être de 0 à 5 % en poids par rapport au poids total de la composition d’électrolyte. The content of additives in the electrolyte composition according to the invention may be 0 to 5% by weight relative to the total weight of the electrolyte composition.
Le ou les additifs peuvent être choisis parmi le groupe constitué du carbonate de fluoroéthylène (FEC), du carbonate de vinylène, du 4-vinyl-1 ,3- dioxolan-2-one, de la pyridazine, de la vinyl pyridazine, de la quinoline, de la vinyl quinoline, du butadiène, du sébaconitrile, des alkyldisulfure, du fluorotoluène, du 1 ,4-diméthoxytétrafluorotoluène, du t-butylphenol, du di-t- butylphenol, du tris(pentafluorophenyl)borane, des oximes, des époxydes aliphatiques, des biphényls halogénés, des acides métacryliques, du carbonate d’allyle éthyle, de l’acétate de vinyle, de l’adipate de divinyle, du propanesultone, de l’acrylonitrile, du 2-vinylpyridine, de l’anhydride maléique, du cinnamate de méthyle, des liquides ioniques, des anhydrides tels que par exemple l’anhydride succinique, des phosphonates, des composés silane contenant un vinyle, et/ou du 2-cyanofurane. The additive(s) may be chosen from the group consisting of fluoroethylene carbonate (FEC), vinylene carbonate, 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, pyridazine, vinyl pyridazine, quinoline, vinyl quinoline, butadiene, sebaconitrile, alkyldisulfides, fluorotoluene, 1,4-dimethoxytetrafluorotoluene, t-butylphenol, di-t-butylphenol, tris(pentafluorophenyl)borane, oximes, epoxides aliphatics, halogenated biphenyls, metacrylic acids, allyl ethyl carbonate, vinyl acetate, divinyl adipate, propanesultone, acrylonitrile, 2-vinylpyridine, maleic anhydride, methyl cinnamate, ionic liquids, anhydrides such as for example succinic anhydride, phosphonates, vinyl-containing silane compounds, and/or 2-cyanofuran.
De préférence, la composition d’électrolyte présente une viscosité de 0,1 à 100 cP, de préférence encore de 1 à 30 cP, à une température de 25°C.
La viscosité peut être par exemple mesurée avec un viscosimètre Brookfield Metek DV2T en appliquant un cisaillement de 20 s-1. Preferably, the electrolyte composition has a viscosity of 0.1 to 100 cP, more preferably 1 to 30 cP, at a temperature of 25°C. The viscosity can for example be measured with a Brookfield Metek DV2T viscometer by applying a shear of 20 s -1 .
La composition d’électrolyte peut être préparée par mélange du sel LiFSI, du ou des solvants organiques non fluorés, du ou des diluants, ainsi qu’éventuellement des autres composés présents, notamment sel(s) de lithium additionnel(s), additif(s) et polymère(s) polaire(s). De préférence, on dissout la quantité désirée de sels de lithium dans le ou les solvants organiques non fluorés, puis on ajoute les autres composés, notamment additif(s) et diluant(s). The electrolyte composition can be prepared by mixing the LiFSI salt, the non-fluorinated organic solvent(s), the diluent(s), as well as optionally other compounds present, in particular additional lithium salt(s), additive(s). s) and polar polymer(s). Preferably, the desired quantity of lithium salts is dissolved in the non-fluorinated organic solvent(s), then the other compounds are added, in particular additive(s) and diluent(s).
Cellule électrochimique et batterie Electrochemical cell and battery
La présente invention concerne également l’utilisation de la composition d’électrolyte ci-dessus dans des batteries Li-ion, en particulier dans des batteries Li-ion d’appareils électroniques portables, par exemple les téléphones portables ou les ordinateurs portables, de véhicules électriques, de stockage d’énergie renouvelable par exemple photovoltaïque ou éolienne. The present invention also relates to the use of the above electrolyte composition in Li-ion batteries, in particular in Li-ion batteries of portable electronic devices, for example mobile phones or laptop computers, vehicles electrical, renewable energy storage for example photovoltaic or wind turbines.
La présente invention concerne l’utilisation de la composition d’électrolyte selon l’invention pour augmenter la durée de vie d’une batterie Li- ion et/ou améliorer les performances électroniques (efficacité coulombique) d’une batterie Li-ion. The present invention relates to the use of the electrolyte composition according to the invention to increase the lifespan of a Li-ion battery and/or improve the electronic performance (coulombic efficiency) of a Li-ion battery.
Par « augmentation de durée de vie de la batterie Li-ion » on entend l’augmentation du nombre de cycles permettant de conserver au moins 80% de la capacité initiale de la batterie. By “increased lifespan of the Li-ion battery” we mean the increase in the number of cycles allowing at least 80% of the initial capacity of the battery to be retained.
Par « amélioration des performances électroniques (efficacité coulombique) d’une batterie Li-ion » on entend l’amélioration de la capacité à fort courant de charge ou de décharge, en particulier à basse température et/ou après stockage à haute température. By “improvement of the electronic performance (coulombic efficiency) of a Li-ion battery” we mean the improvement of the capacity at high charge or discharge current, in particular at low temperature and/or after storage at high temperature.
L’invention concerne aussi une cellule électrochimique comprenant une composition d’électrolyte telle que décrite ci-dessus. La cellule électrochimique comprend également une électrode négative (ou anode) et une électrode positive (ou cathode). The invention also relates to an electrochemical cell comprising an electrolyte composition as described above. The electrochemical cell also includes a negative electrode (or anode) and a positive electrode (or cathode).
La cellule électrochimique peut aussi comprendre un séparateur, dans lequel est imprégné l’électrolyte. The electrochemical cell can also include a separator, in which the electrolyte is impregnated.
Par « électrode négative », on entend l’électrode qui fait office d’anode, quand la cellule débite du courant (c’est-à-dire lorsqu’elle est en processus de décharge) et qui fait office de cathode lorsque la cellule est en processus de charge.
L’électrode négative comprend typiquement un matériau électrochimiquement actif, éventuellement un matériau conducteur électronique, et éventuellement un liant. By "negative electrode", we mean the electrode which acts as an anode, when the cell delivers current (that is to say when it is in the discharge process) and which acts as cathode when the cell is charging. The negative electrode typically comprises an electrochemically active material, optionally an electronic conductive material, and optionally a binder.
Par « électrode positive », on entend l’électrode qui fait office de cathode, quand la cellule débite du courant (c’est-à-dire lorsqu’elle est en processus de décharge) et qui fait office d’anode lorsque la cellule est en processus de charge. By "positive electrode", we mean the electrode which acts as a cathode, when the cell delivers current (that is to say when it is in the discharge process) and which acts as an anode when the cell is charging.
L’électrode positive comprend typiquement un matériau électrochimiquement actif, éventuellement un matériau conducteur électronique, et éventuellement un liant. The positive electrode typically comprises an electrochemically active material, optionally an electronic conductive material, and optionally a binder.
On entend par « matériau électrochimiquement actif », un matériau capable d’insérer de manière réversible des ions. The term “electrochemically active material” means a material capable of reversibly inserting ions.
On entend par « matériau conducteur électronique » un matériau capable de conduire les électrons. The term “electronic conductive material” means a material capable of conducting electrons.
L’électrode négative de la cellule électrochimique peut notamment comprendre, comme matériau électrochimiquement actif, du graphite, du lithium, un alliage de lithium, un titanate de lithium de type Li4TisOi2 ou de l’oxyde de titane TiO2, du silicium ou un alliage de lithium et silicium, un oxyde d’étain, un composé intermétallique de lithium, ou un de leurs mélanges. The negative electrode of the electrochemical cell may in particular comprise, as electrochemically active material, graphite, lithium, a lithium alloy, a lithium titanate of the Li4TisOi2 type or titanium oxide TiO2, silicon or an alloy of lithium and silicon, a tin oxide, an intermetallic lithium compound, or a mixture thereof.
Lorsque l’électrode négative comprend du lithium, celui-ci peut être sous forme d’un film de lithium métallique ou d’un alliage comprenant du lithium. Parmi les alliages à base de lithium susceptibles d’être utilisés, on peut par exemple citer les alliages lithium-aluminium, les alliages lithium-silice, les alliages lithium-étain, Li-Zn, LisBi, LisCd et LisSB. Un exemple d’électrode négative peut comprendre un film de lithium vif préparé par laminage, entre des rouleaux, d’un feuillard de lithium. When the negative electrode comprises lithium, this may be in the form of a film of metallic lithium or of an alloy comprising lithium. Among the lithium-based alloys likely to be used, we can for example cite lithium-aluminum alloys, lithium-silica alloys, lithium-tin alloys, Li-Zn, LisBi, LisCd and LisSB. An example of a negative electrode may include a live lithium film prepared by rolling a lithium strip between rollers.
L’électrode positive comprend un matériau électrochimiquement actif de type oxyde. Il s’agit de préférence d’un lithium-fer-phosphate (LixFePC avec 0<x<1 ), ou d’un oxyde composite lithium-nickel-manganèse-cobalt à haut taux de nickel (LiNixMnyCozO2 avec x+y+z = 1 , en abrégé NMC, avec x>y et x>z), ou d’un oxyde composite lithium-nickel-cobalt-aluminium à haut taux de nickel (LiNixCoyAlz’ avec x’+y’+z’=1 , en abrégé NCA, avec x’>y’ et x’>z’). The positive electrode includes an electrochemically active oxide material. It is preferably a lithium-iron-phosphate (LixFePC with 0<x<1), or a lithium-nickel-manganese-cobalt composite oxide with a high nickel content (LiNi x Mn y Co z O2 with x+y+z = 1, abbreviated NMC, with x>y and x>z), or a lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide with a high nickel content (LiNixCoyAlz' with x'+y'+z'=1 , abbreviated NCA, with x'>y' and x'>z').
Des exemples particuliers de ces oxydes sont le NMC532 (LiNio,sMno,3Coo,202), le NMC622 (LiNio,eMno,2Coo,202) et le NMC811 (LiNio,8Mno,iCoo,i02). Particular examples of these oxides are NMC532 (LiNio,sMno,3Coo,202), NMC622 (LiNio,eMno,2Coo,202) and NMC811 (LiNio,8Mno,iCoo,i02).
Des mélanges de ces oxydes peuvent être utilisés. Le matériau oxyde décrit ci-dessus peut le cas échéant être combiné avec un autre oxyde tel que par exemple : le dioxyde de manganèse (MnC ), l’oxyde de fer, l’oxyde de
cuivre, l’oxyde de nickel, les oxydes composites lithium-manganèse (par exemple LixMn2O4 ou LixMnC ), les oxydes compositions lithium-nickel (par exemple LixNiG>2), les oxydes composites lithium-cobalt (par exemple LixCoC ), les oxydes composites lithium-nickel-cobalt (par exemple LiNii- yCoyC ), les oxydes composites de lithium et de métal de transition, les oxydes composites de lithium-manganèse-nickel de structure spinelle (par exemple LixMn2-yNiyO4), les oxydes de vanadium, les oxydes NMC et NCA qui ne sont pas à haut taux de nickel, et leurs mélanges. Mixtures of these oxides can be used. The oxide material described above can where appropriate be combined with another oxide such as for example: manganese dioxide (MnC), iron oxide, iron oxide copper, nickel oxide, lithium-manganese composite oxides (for example Li x Mn2O4 or LixMnC), lithium-nickel composition oxides (for example Li x NiG>2), lithium-cobalt composite oxides (for example LixCoC ), lithium-nickel-cobalt composite oxides (e.g. LiNii-yCoyC), lithium and transition metal composite oxides, lithium-manganese-nickel composite oxides with spinel structure (e.g. Li x Mn 2 -yNiyO4 ), vanadium oxides, NMC and NCA oxides which do not contain a high nickel content, and mixtures thereof.
De préférence, l’oxyde NMC ou NCA à haut taux de nickel représente au moins 50 % en poids, de préférence au moins 75 % en poids, de préférence encore au moins 90 % en poids, et de préférence encore essentiellement la totalité, du matériau oxyde présent dans l’électrode positive en tant que matériau électrochimiquement actif. Preferably, the NMC or NCA oxide with a high nickel content represents at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight, more preferably at least 90% by weight, and more preferably essentially all, of the oxide material present in the positive electrode as an electrochemically active material.
Alternativement, ou additionnellement, l’électrode positive peut comprendre du soufre, l_i2S, O2, et/ou I O2 en tant que matériau électrochimiquement actif. Alternatively, or additionally, the positive electrode may include sulfur, I_i2S, O2, and/or I O2 as an electrochemically active material.
Le matériau de chaque électrode peut aussi comprendre, outre le matériau électrochimiquement actif, un matériau conducteur électronique comme une source de carbone, incluant, par exemple, du noir de carbone, du carbone Ketjen®, du carbone Shawinigan, du graphite, du graphène, des nanotubes de carbone, des fibres de carbone (par exemple les fibres de carbone formées en phase gazeuse ou VGCF), du carbone non-poudreux obtenu par carbonisation d’un précurseur organique, ou une combinaison de deux ou plus de ceux-ci. D’autres additifs peuvent aussi être présents dans le matériau de l’électrode positive, comme des sels de lithium ou des particules inorganiques de type céramique ou verre, ou encore d’autres matériaux actifs compatibles (par exemple, du soufre). The material of each electrode may also comprise, in addition to the electrochemically active material, an electronic conductive material such as a carbon source, including, for example, carbon black, Ketjen® carbon, Shawinigan carbon, graphite, graphene, carbon nanotubes, carbon fibers (for example gas-phase carbon fibers or VGCF), non-powdery carbon obtained by carbonization of an organic precursor, or a combination of two or more of these. Other additives may also be present in the material of the positive electrode, such as lithium salts or inorganic particles such as ceramic or glass, or other compatible active materials (for example, sulfur).
Le matériau de chaque électrode peut aussi comprendre un liant. Des exemples non-limitatifs de liants comprennent les liants polymères polyéthers linéaires, ramifiés et/ou réticulé (par exemple, des polymères basés sur le poly(oxyde d’éthylène) (PEO), ou le poly(oxyde de propylène) (PPO) ou d’un mélange des deux (ou un copolymère EO/PO), et comprenant éventuellement des unités réticulables), des liants solubles dans l’eau (tels que SBR (caoutchouc styrène-butadiène), NBR (caoutchouc acrylonitrile-butadiène), HNBR (NBR hydrogéné), CHR (caoutchouc d’épichlorohydrine), ACM (caoutchouc d’acrylate)), ou des liants de type polymères fluorés (tels que PVDF (polyfluorure de vinylidène), PTFE (polytétrafluoroéthylène), et leurs
combinaisons. Certains liants, comme ceux solubles dans l’eau, peuvent aussi comprendre un additif comme la CMC (carboxyméthylcellulose). The material of each electrode may also include a binder. Non-limiting examples of binders include linear, branched and/or cross-linked polyether polymer binders (for example, polymers based on poly(ethylene oxide) (PEO), or poly(propylene oxide) (PPO) or a mixture of the two (or an EO/PO copolymer), and optionally comprising crosslinkable units), water-soluble binders (such as SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), HNBR (hydrogenated NBR), CHR (epichlorohydrin rubber), ACM (acrylate rubber)), or fluoropolymer type binders (such as PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), and their combinations. Some binders, such as those soluble in water, may also include an additive such as CMC (carboxymethylcellulose).
Le séparateur peut être un film polymère poreux. A titre d’exemple non limitatif, le séparateur peut être constitué d’un film poreux de polyoléfine tel que des homopolymères d’éthylène, des homopolymères de propylène, des copolymères d’éthylène/butène, des copolymères d’éthylène/héxène, des copolymères éthylène/méthacrylate, ou des structures multicouches des polymères ci-dessus. Alternativement, le séparateur peut être en fibres de verre. The separator may be a porous polymer film. By way of non-limiting example, the separator may consist of a porous polyolefin film such as ethylene homopolymers, propylene homopolymers, ethylene/butene copolymers, ethylene/hexene copolymers, ethylene/methacrylate copolymers, or multilayer structures of the above polymers. Alternatively, the separator can be made of fiberglass.
L’invention concerne également une batterie comprenant au moins une, et de préférence plusieurs, cellules électrochimiques telles que décrites ci-dessus. Les cellules électrochimiques peuvent être assemblées en série et/ou en parallèle dans la batterie. The invention also relates to a battery comprising at least one, and preferably several, electrochemical cells as described above. The electrochemical cells can be assembled in series and/or parallel in the battery.
On entend par « tension de coupure de charge » (cut-off voltage), la limite de tension haute d’une batterie considérée comme totalement chargée. La tension de coupure est habituellement choisie afin d’obtenir la capacité maximum de la batterie. By “cut-off voltage” we mean the upper voltage limit of a battery considered to be fully charged. The cut-off voltage is usually chosen in order to obtain the maximum capacity of the battery.
De préférence, la batterie selon l’invention présente une tension de coupure de charge supérieure ou égale à 4,3 V, de préférence encore supérieure ou égale à 4,5 V.
Preferably, the battery according to the invention has a charge cut-off voltage greater than or equal to 4.3 V, more preferably greater than or equal to 4.5 V.
Claims
Revendications Composition d’électrolyte comprenant : Claims Electrolyte composition comprising:
- un sel de bis(fluorosulfonyl)imide de lithium ; - a lithium bis(fluorosulfonyl)imide salt;
- au moins un solvant organique non fluoré ; - at least one non-fluorinated organic solvent;
- au moins un diluant qui est un composé halogéné de formule (I) :
dans laquelle chacun des groupements Ri, R2 et R3 est indépendamment de formule brute CxR’(2x+i)-yHy, chaque R’ étant choisi indépendamment parmi F et Cl, chaque x étant un nombre de 1 à 6 et chaque y étant un nombre de 0 à 2x+1 ; la concentration en sel de bis(fluorosulfonyl)imide de lithium étant supérieure ou égale à 2 M par rapport au(x) solvant(s) organique(s) non fluoré(s). Composition d’électrolyte selon la revendication 1 , dans laquelle le solvant organique non fluoré est choisi parmi les esters d’acide carboxylique aliphatique, les esters d’acide carboxylique, les éthers et leurs mélanges, et de préférence est choisi parmi les esters d’acide carbonique et leurs mélanges. Composition d’électrolyte selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la totalité des substituants R’ dans le composé halogéné sont des atomes de fluor. Composition d’électrolyte selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle la concentration en sel de bis(fluorosulfonyl)imide de lithium est supérieure ou égale à 3 M par rapport au(x) solvant(s) organique(s) non fluoré(s).
Composition d’électrolyte selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le ou les diluants d’une part et le ou les solvants organique non fluorés d’autre part sont dans un rapport volumique de 10:90 à 50:50. Cellule électrochimique comprenant une électrode négative, une électrode positive et la composition d’électrolyte selon l’une des revendications 1 à 5. Batterie comprenant au moins une cellule électrochimique selon la revendication 6. Batterie selon la revendication 7, ayant une tension de coupure de charge supérieure ou égale à 4,3 V. Utilisation de la composition d’électrolyte selon l’une des revendications 1 à 5, dans une batterie Li-ion, de préférence dans une batterie Li-ion d’appareil électronique portable, par exemple un téléphone portable ou un ordinateur portable, une batterie Li-ion de véhicule électrique, ou une batterie Li-ion de stockage d’énergie renouvelable par exemple, photovoltaïque ou éolienne. Utilisation selon la revendication 9, dans une batterie Li-ion ayant une tension de coupure de charge supérieure ou égale à 4,3 V. Utilisation de la composition d’électrolyte selon l’une des revendications 1 à 5, pour augmenter la durée de vie d’une batterie Li-ion et/ou pour améliorer les performances électroniques d’une batterie Li-ion, de préférence ayant une tension de coupure de charge supérieure ou égale à 4,3 V.
- at least one diluent which is a halogenated compound of formula (I): in which each of the groups Ri, R2 and R3 is independently of the crude formula CxR'(2x+i)- y H y , each R' being chosen independently from F and Cl, each x being a number from 1 to 6 and each y being a number from 0 to 2x+1; the concentration of lithium bis(fluorosulfonyl)imide salt being greater than or equal to 2 M relative to the non-fluorinated organic solvent(s). Electrolyte composition according to claim 1, in which the non-fluorinated organic solvent is chosen from aliphatic carboxylic acid esters, carboxylic acid esters, ethers and mixtures thereof, and preferably is chosen from esters of carbonic acid and their mixtures. An electrolyte composition according to claim 1 or 2, wherein all of the R' substituents in the halogenated compound are fluorine atoms. Electrolyte composition according to one of claims 1 to 3, in which the concentration of lithium bis(fluorosulfonyl)imide salt is greater than or equal to 3 M relative to the non-organic solvent(s). fluorinated(s). Electrolyte composition according to one of claims 1 to 4, in which the diluent(s) on the one hand and the non-fluorinated organic solvent(s) on the other hand are in a volume ratio of 10:90 to 50:50. Electrochemical cell comprising a negative electrode, a positive electrode and the electrolyte composition according to one of claims 1 to 5. Battery comprising at least one electrochemical cell according to claim 6. Battery according to claim 7, having a cut-off voltage of charge greater than or equal to 4.3 V. Use of the electrolyte composition according to one of claims 1 to 5, in a Li-ion battery, preferably in a Li-ion battery of a portable electronic device, for example a mobile phone or a laptop computer, a Li-ion battery for an electric vehicle, or a Li-ion battery for renewable energy storage, for example, photovoltaic or wind power. Use according to claim 9, in a Li-ion battery having a charge cut-off voltage greater than or equal to 4.3 V. Use of the electrolyte composition according to one of claims 1 to 5, to increase the duration of life of a Li-ion battery and/or to improve the electronic performance of a Li-ion battery, preferably having a charge cut-off voltage greater than or equal to 4.3 V.
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