CH720372A2 - Élément de batterie comprenant un électrolyte à l'état solide - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un élément de batterie (100) comprenant un collecteur de courant de cathode (1), une cathode (2), un collecteur de courant d'anode (4), optionnellement une anode, et un électrolyte à l'état solide (3) comprenant un solvant non aqueux, un composé halogéné à base d'aluminium AIX n et/ou une forme polymère de celui-ci, dans lequel X est un atome d'halogène et n vaut entre 1 et 6, un sel de métal du métal alcalin, du métal alcalino-terreux ou du métal du Groupe Ib, du Groupe IIb ou du Groupe IIIa du tableau périodique, et un anion bis(fluorosulfonyl)imide.
Description
Domaine technique de l'invention
[0001] La présente invention concerne des éléments de batterie et des batteries comprenant un électrolyte à l'état solide.
Contexte de l'invention
[0002] Récemment, le développement et l'amélioration des batteries pour divers dispositifs nécessitant des batteries, tels que les téléphones mobiles, les appareils ménagers sans fil et les véhicules et vélos électriques, est devenu un domaine de recherche et d'intérêt important. En particulier le domaine des batteries secondaires progresse, par le développement de batteries plus petites et plus légères, ayant une durée de vie améliorée.
[0003] Conformément à ces développements récents, une batterie secondaire au lithium ayant du lithium métallique en tant que matériau actif a attiré l'attention. Le lithium métallique est connu pour avoir les caractéristiques d'un potentiel redox faible (-3,045 V par rapport à une électrode à hydrogène standard) ainsi qu'une densité énergétique en poids élevée (3 860 mAh/g), qui rend le lithium métallique un matériau intéressant pour l'électrode négative (anode).
[0004] On sait utiliser le lithium métallique comme électrode négative en fixant une feuille mince en lithium au collecteur de courant d'anode. Toutefois, étant donné que le lithium est un métal alcalin, il réagit avec l'eau et l'oxygène en raison de sa réactivité élevée. Ceci a le désavantage que de telles batteries sont considérées peu sûres, en raison du risque de son explosion lors, par exemple, d'une fuite dans l'environnement. La manipulation des feuilles minces en lithium est en outre également dangereuse.
[0005] Par ailleurs, lors de l'exposition de lithium métallique à l'atmosphère, une couche d'oxyde est typiquement formée en résultat de l'oxydation. Une telle couche d'oxyde tend à agir comme un isolant, augmentant ainsi la résistance électrique et réduisant ainsi la performance de la batterie.
[0006] Afin de résoudre ce problème, des éléments de batterie sans anode ont été développés. De tels éléments de batterie comprennent typiquement seulement un collecteur de courant d'anode, et une couche de lithium en tant qu'anode est formée (déposée) in situ sur le collecteur de courant d'anode pendant la première charge de la batterie.
[0007] L'US2016/0261000 divulgue une batterie rechargeable sans anode comprenant un collecteur de courant d'anode, un séparateur et une cathode. La batterie comprend en outre un électrolyte liquide comportant un sel ou un mélange de sels contenant un cation métallique actif (par exemple ion lithium) dissous dans un solvant non aqueux, un mélange de solvants ou un polymère. Le séparateur peut être imprégné de l'électrolyte. Pendant la charge de la batterie, l'anode est formée in situ sur la surface du collecteur de courant d'anode.
[0008] Un désavantage de l'électrolyte décrit ci-dessus est que l'électrolyte est liquide, ce qui peut conduire à une fuite de l'électrolyte de la batterie, résultant en une perte de fonctionnalité. Un autre désavantage est que les ions métalliques (par exemple lithium) peuvent interagir avec le solvant, réduisant ainsi la quantité d'ions disponibles pour le dépôt de la couche d'anode in situ, et la charge et la décharge de la batterie.
[0009] L'US2020/0203757 divulgue une batterie secondaire au lithium comprenant une électrode positive, un collecteur de courant d'électrode négative, un séparateur et un électrolyte interposé entre les électrodes. L'électrolyte est un électrolyte polymère en gel et peut être réticulé. L'électrolyte polymère en gel comprend une matrice de polymère, et un dissolvant de sel de lithium dans un solvant organique. Une couche de lithium métallique est formée in situ sur le collecteur de courant d'électrode négative pendant la charge.
[0010] Un désavantage de l'électrolyte polymère en gel est que la conductivité des ions lithium de celui-ci est connue pour être faible, telle que typiquement inférieure à 1 mS/cm.
Résumé de l'invention
[0011] Un objet de la présente invention est de surmonter un ou plusieurs des inconvénients précédents. Un objet de la présente invention est de fournir un élément de batterie ayant une fonctionnalité améliorée comparativement aux éléments de batterie de l'art.
[0012] Un objet est de fournir un élément de batterie qui puisse résister à de multiples cycles de charge/décharge, et qui montre une excellente conductivité.
[0013] Selon un premier aspect de la présente invention, est fourni un élément de batterie tel que mentionné dans les revendications annexées.
[0014] L'élément de batterie comprend un collecteur de courant de cathode, une cathode, un électrolyte à l'état solide et un collecteur de courant d'anode ou un conducteur électronique.
[0015] Le collecteur de courant de cathode peut être tout collecteur de courant de cathode connu dans l'art. Par exemple le collecteur de courant de cathode peut comprendre ou être sensiblement constitué d'aluminium.
[0016] De manière avantageuse, la cathode comprend un matériau actif. De manière avantageuse, le matériau actif comprend ou est sensiblement constitué d'un ou plusieurs d'un métal alcalin, d'un métal alcalino-terreux, ou d'un métal du Groupe Ib, du Groupe IIb ou du Groupe IIIa du tableau périodique.
[0017] De manière avantageuse, la cathode comprend en outre un composé électroniquement conducteur. Le composé électroniquement conducteur peut être tout composé électriquement conducteur connu dans l'art.
[0018] De manière avantageuse, la cathode comprend en outre un liant. Le liant peut être tout liant connu dans l'art.
[0019] De manière avantageuse, l'électrolyte à l'état solide comprend un solvant non aqueux, un composé halogéné à base d'aluminium AIXnet/ou une forme polymère de celui-ci, un sel de métal et un anion bis(fluorosulfonyl)imide (FSI).
[0020] De manière avantageuse, le sel de métal est un sel de métal d'un métal alcalin, d'un métal alcalino-terreux ou d'un métal du Groupe Ib, du Groupe IIb ou du Groupe IIIa du tableau périodique. De manière avantageuse, le métal du sel de métal est du lithium, du sodium, du magnésium, de l'aluminium, du zinc ou de l'argent. Autrement dit, le sel de métal est de manière avantageuse un sel de lithium, un sel de sodium, un sel de magnésium, un sel d'aluminium, un sel de zinc ou un sel d'argent.
[0021] Le métal du sel de métal peut être identique ou différent du métal compris dans la cathode. Lorsque l'électrolyte à l'état solide (SSE) comprend deux sels de métal ou plus, le métal de ceux-ci peut être identique ou différent, et peut être identique ou différent du métal compris dans la cathode. Par exemple, sans s'y limiter, le SSE peut comprendre deux sels de lithium, ou une combinaison d'un sel de lithium et d'un sel de magnésium.
[0022] De manière avantageuse, et comme cela est connu, le sel de métal comprend un anion. Comme cela est connu, un sel de métal comprend également de manière avantageuse un cation. De manière avantageuse, le cation est un cation du métal du sel de métal. Par exemple, lorsque le sel de métal est un sel de lithium, le cation est un cation de lithium (Li<+>).
[0023] L'électrolyte à l'état solide comprend en outre un composé halogéné à base d'aluminium AIXnet/ou une forme polymère de celui-ci, dans lequel X est un atome d'halogène. De manière avantageuse, n vaut entre 1 et 6, par exemple entre 1 et 3. De manière avantageuse, X est un chlorure, un bromure ou un iodure, de préférence un chlorure. De manière avantageuse, la forme polymère de AIXnest (AIXn)m, dans lequel m est supérieur ou égal à 2.
[0024] De manière avantageuse, X est un chlorure et n vaut 3, et le composé halogéné à base d'aluminium est AlCl3. De manière avantageuse, X est un chlorure, n vaut 3 et m est supérieur ou égal à 2, et la forme polymère du composé halogéné à base d'aluminium est (AlCl3)m.
[0025] L'électrolyte à l'état solide comprend en outre un anion bis(fluorosulfonyl)imide (FSI). Les inventeurs ont découvert avec étonnement que la présence d'un anion FSI dans le SSE permet de maintenir la nature d'état solide de l'électrolyte comprenant un composé halogéné à base d'aluminium AIXnet/ou une forme polymère de celui-ci.
[0026] De manière avantageuse, et selon un premier mode de réalisation de l'électrolyte à l'état solide des éléments de batterie de la présente divulgation, l'anion du sel de métal est un FSI. Par exemple, lorsque le métal du sel de métal est du lithium (Li), le sel de métal est de manière avantageuse du LiFSI.
[0027] Lorsque le SSE du premier mode de réalisation comprend au moins un sel de métal supplémentaire, l'anion de l'au moins un sel de métal supplémentaire est de manière avantageuse un FSI, un bis(trifluorométhane)sulfonimide (TFSI), un dicyanamide (DCA), un perchlorate (CIO4), un tétracholoroaluminate (AlCl4), un difluorobis(oxalato) borate (DFOB) ou un hexafluorophosphate (PF6). Les exemples supplémentaires comportent, sans s'y limiter, le difluorobis(oxalato) phosphate (DFBOP), le tétrafluoroborate (BF4), l'hexafluoroarsenic (AsF6), le tétrachloroaluminate (AlCl4), le trifluorométhanesulfonate (CF3SO3) et le (fluorométhylsulfonyl)(trifluorométhylsulfonyl)imide (FTFSI). Par exemple, le SSE peut comprendre deux sels de métal ayant un cation différent et ayant tous deux un FSI en tant qu'anion, par exemple un LiFSI et un NaFSI.
[0028] De manière avantageuse, lorsque l'anion du sel de métal ou d'au moins l'un des deux sels de métal ou plus est un FSI, le(s) solvant(s) non aqueux est (sont) choisi(s) dans le groupe constitué d'un nitrile, d'un éther, d'un ester, d'un carbonate, d'une sulfone, d'un amide et de liquides ioniques. Les exemples préférés, sans s'y limiter, du (des) solvant(s) non aqueux comportent l'acétonitrile, le diméthoxyéthane et les liquides ioniques. Les exemples supplémentaires comportent le carbonate de propylène, le carbonate d'éthylène, le tétrahydrofurane, le carbonate de diéthyle, la γ-butyrolactone, le 2-méthyltétrahydrofurane, le 1-3 dioxolane, la tétraméthyl sulfone (sulfolane), et la diméthylsulfone (DMSO2).
[0029] Les liquides ioniques sont connus dans le domaine comme étant des sels sous forme liquide à température modérée, sans qu'il soit nécessaire pour le sel d'être dissous dans un autre solvant. Les liquides ioniques sont typiquement composés d'ions - cations et anions. De manière avantageuse, lorsque le solvant non aqueux est un liquide ionique, il comprend un cation organique et un anion inorganique ou organique.
[0030] De manière avantageuse, et selon un deuxième mode de réalisation de l'électrolyte à l'état solide des éléments de batterie de la présente divulgation, le solvant non aqueux est un liquide ionique, dans lequel l'anion du liquide ionique est un FSI.
[0031] Lorsque le SSE selon le deuxième mode de réalisation comprend au moins un solvant non aqueux supplémentaire, l'au moins un solvant non aqueux supplémentaire est de manière avantageuse choisi dans le groupe constitué d'un nitrile, d'un éther, d'un ester, d'un carbonate, d'une sulfone, d'un amide et de liquides ioniques. Les exemples préférés de l'au moins un solvant non aqueux supplémentaire comportent l'acétonitrile, le diméthoxyéthane et les liquides ioniques. Les exemples supplémentaires comportent le carbonate de propylène, le carbonate d'éthylène, le tétrahydrofurane, le carbonate de diéthyle, la γ-butyrolactone, le 2-méthyltétrahydrofurane, le 1-3 dioxolane, la tétraméthyl sulfone et la diméthylsulfone.
[0032] Lorsque l'un du deuxième solvant non aqueux ou des solvants non aqueux supplémentaires est un liquide ionique, l'anion de celui-ci est de manière avantageuse un TFSI, un DCA, un ClO4, un PF6, un DFBOP, un DFOB, un BF4, un FTFSI, un AlCl4, un AsF6ou un CF3SO3. Par exemple, le SSE peut comprendre deux liquides ioniques en tant que solvants non aqueux, chacun ayant en tant qu'anion un FSI et ayant un cation différent. En variante, chaque liquide ionique peut avoir un anion différent, l'un d'eux étant un FSI, et le même cation.
[0033] De manière avantageuse, lorsque le solvant non aqueux ou au moins l'un des deux solvants non aqueux ou plus est un liquide ionique ayant un anion FSI, l'anion du (des) sel(s) de métal du SSE est un TFSI, un DCA, un ClO4, un PF6, un DFBOP, un DFOB, un BF4, un FTFSI, un AlCl4, un AsF6et un CF3SO3.
[0034] Un troisième mode de réalisation de l'électrolyte à l'état solide des éléments de batterie de la présente divulgation comprend une combinaison du premier et du deuxième mode de réalisation. Autrement dit, selon le troisième mode de réalisation, l'anion du sel de métal ou d'au moins l'un des deux sels de métal ou plus, est un FSI et le solvant non aqueux, ou au moins l'un des deux solvants non aqueux ou plus, est un liquide ionique, l'anion de celui-ci étant un FSI.
[0035] De manière avantageuse, l'élément de batterie comprend en outre un séparateur, tel qu'une membrane de séparation, fourni entre la cathode et le collecteur de courant d'anode. Le séparateur peut être tout séparateur connu dans l'art.
[0036] Optionnellement, l'élément de batterie comprend en outre une anode, à savoir l'élément de batterie est un élément de batterie comprenant une anode. L'anode peut être toute anode connue dans l'art.
[0037] De manière avantageuse, l'anode comprend ou est sensiblement constituée d'une couche métallique comprenant un métal alcalin, un métal alcalino-terreux ou un métal du Groupe Ib, du Groupe IIb ou du Groupe IIIa du tableau périodique, ou une combinaison de deux ou plus de ceux-ci. Les exemples préférés de métaux comportent le lithium, le sodium, le magnésium, l'aluminium, le zinc et l'argent.
[0038] En variante, et également de manière avantageuse, l'anode comprend ou est sensiblement constituée d'une électrode d'intercalation. L'électrode d'intercalation peut être toute électrode connue dans l'art comme étant appropriée pour être une anode.
[0039] En variante, et également de manière avantageuse, l'anode comprend ou est sensiblement constituée d'une électrode de conversion. L'électrode de conversion comprend de manière avantageuse un oxyde, un nitrure, un sulfure, ou des combinaisons de deux ou plus de ceux-ci.
[0040] Optionnellement, l'élément de batterie peut en outre comprendre un substrat à surface active élevée fourni entre la cathode, ou, le cas échéant, le séparateur, et le collecteur de courant d'anode ou le conducteur électronique, ou, le cas échéant, l'anode. De manière avantageuse, le substrat à surface active élevée, le cas échéant, est fourni de sorte qu'au moins une partie d'une surface du substrat à surface active élevée est en contact avec au moins une partie d'une surface du collecteur de courant d'anode ou du conducteur électronique, ou, le cas échéant, une surface de l'anode.
[0041] Lorsque l'élément de batterie comprend un substrat à surface active élevée et ne comprend pas d'anode, l'élément de batterie comprenant un substrat à surface active élevée comprend de manière avantageuse un conducteur électronique.
[0042] Lorsque l'élément de batterie comprend un conducteur électronique, il peut en outre comprendre une extension de fil d'anode. De manière avantageuse, lorsque l'élément de batterie comprend une extension de fil d'anode, au moins une partie d'une surface du conducteur électronique est en contact avec au moins une partie d'une surface de l'extension de fil d'anode.
[0043] De manière avantageuse, le conducteur électronique, le cas échéant, comprend ou est sensiblement constitué d'un métal, d'un polymère, d'un carbone, d'un oxyde, d'un sulfure, d'un nitrure, d'un carbure, d'un siliciure, ou de combinaisons de deux ou plus de ceux-ci.
[0044] De manière avantageuse, les éléments de batterie selon la présente divulgation sont des batteries secondaires.
[0045] Selon un deuxième aspect de l'invention, est fournie une batterie telle que mentionnée dans les revendications annexées. La batterie comprend un empilement de x éléments de batterie selon le premier aspect de la présente invention, dans lequel x vaut entre 2 et 20, de préférence entre 2 et 10, tel qu'entre 2 et 5.
[0046] Un avantage des éléments de batterie de la présente divulgation comporte, sans s'y limiter, une durée de vie accrue. En particulier, les éléments de batterie de l'invention sont capables d'être chargés et déchargés de nombreuses fois, fournissant ainsi une durée de vie prolongée. Un avantage supplémentaire est que, comparativement aux éléments de batterie de l'art, ils ont une excellente conductivité et efficacité coulombienne, sans perte du métal.
Description des figures
[0047] Des aspects de l'invention vont maintenant être décrits plus en détail en se référant aux dessins annexés, sur lesquels des numéros de référence identiques illustrent des éléments identiques et dans lesquels : – La Figure 1 représente schématiquement un élément de batterie métallique sans anode selon l'invention ; – La Figure 2 représente schématiquement un autre élément de batterie métallique sans anode selon l'invention ; – La Figure 3 représente schématiquement un élément de batterie comprenant une anode selon l'invention ; – La Figure 4 représente schématiquement un autre élément de batterie comprenant une anode selon l'invention ; – La Figure 5 représente schématiquement encore un autre élément de batterie métallique sans anode selon l'invention ; – La Figure 6 représente schématiquement un élément de batterie métallique sans anode supplémentaire selon l'invention ; – La Figure 7 représente schématiquement encore un élément de batterie métallique sans anode supplémentaire selon l'invention ; – La Figure 8 représente la tension d'un élément de batterie sans anode de l'invention en fonction de la charge spécifique par gramme de matériau actif ; – La Figure 9 représente la tension d'un élément de batterie comprenant une anode de l'invention en fonction de la charge spécifique par gramme de matériau actif pour une charge et une décharge répétées de l'élément de batterie ; – La Figure 10 représente la charge spécifique par gramme de matériau actif de deux éléments de batterie comprenant une anode de l'invention en fonction du nombre de cycles de charge/décharge ; – La Figure 11 représente la charge spécifique par gramme de matériau actif de deux éléments de batterie comprenant une anode de l'invention en fonction du nombre de cycles de charge/décharge ; et – La Figure 12 représente la tension d'un élément de batterie comprenant une anode de l'invention en fonction de la charge spécifique par gramme de matériau actif.
Description détaillée de l'invention
[0048] La Figure 1 montre schématiquement un premier mode de réalisation d'un élément de batterie 100 de la présente divulgation. L'élément de batterie 100 comprend un collecteur de courant de cathode 1, une cathode 2, un électrolyte à l'état solide 3 et un collecteur de courant d'anode 4. L'élément de batterie 100 ne comprend pas d'anode, à savoir l'élément de batterie 100 est un élément de batterie métallique sans anode. Comme cela est connu dans l'art, pendant la première charge de l'élément de batterie métallique sans anode, une couche métallique en tant qu'anode est formée (déposée) in situ sur le collecteur de courant d'anode.
[0049] Dans la présente divulgation, les termes élément de batterie métallique sans anode et élément de batterie sans anode sont utilisés de manière interchangeable. De manière avantageuse, le „métal“ dans l'élément de batterie métallique sans anode fait référence au métal présent dans la cathode, à savoir le métal dont les ions, à savoir des ions de métal, passent à travers l'électrolyte pour le dépôt in situ d'une couche d'anode sur le collecteur de courant d'anode.
[0050] De manière avantageuse, le métal est un métal alcalin, un métal alcalino-terreux ou un métal du Groupe Ib, du Groupe IIb ou du Groupe IIIa du tableau périodique. De manière avantageuse, le métal alcalin est du lithium ou du sodium. De manière avantageuse, le métal alcalino-terreux est du magnésium. De manière avantageuse, le métal du Groupe Ib est de l'argent (Ag) ou de l'or (Au). De manière avantageuse, le métal du Groupe IIb est du zinc (Zn) ou du cadmium (Cd). De manière avantageuse, le métal du Groupe IIIa est de l'aluminium (AI). Les exemples préférés de métaux comportent le lithium, le sodium, le magnésium et l'aluminium.
[0051] De manière avantageuse, le collecteur de courant de cathode 1 est tel que décrit ci-dessus. De manière avantageuse, et comme cela est connu dans l'art, le collecteur de courant de cathode 1 s'étend à partir de l'élément de batterie sans anode 100. Autrement dit, le collecteur de courant de cathode 1 a de manière avantageuse une partie s'étendant à partir de l'empilement comprenant la cathode 2, l'électrolyte 3, et le collecteur de courant d'anode 4. Ceci peut être réalisé au moyen de méthodes connues dans l'art, par exemple en fournissant un collecteur de courant de cathode 1 ayant une surface active qui est supérieure à la surface active de la cathode 2. Comme cela est connu, une telle extension permet une connexion ou un couplage facile du collecteur de courant de cathode 1 au circuit électronique (non montré) auquel le collecteur de courant d'anode 4 est de manière avantageuse également connecté ou couplé.
[0052] De manière avantageuse, la cathode 2 est telle que décrite ci-dessus. De manière avantageuse, le matériau actif comprend de manière avantageuse ou est sensiblement constitué d'un métal alcalin, d'un métal alcalino-terreux ou d'un métal du Groupe Ib, du Groupe IIb ou du Groupe IIIa du tableau périodique. De manière avantageuse, le métal alcalin est du lithium ou du sodium. De manière avantageuse, le métal alcalino-terreux est du magnésium. De manière avantageuse, le métal du Groupe Ib est de l'argent (Ag) ou de l'or (Au). De manière avantageuse, le métal du Groupe IIb est du zinc (Zn) ou du cadmium (Cd). De manière avantageuse, le métal du Groupe IIIa est de l'aluminium (AI). Les exemples préférés de métaux comportent le lithium, le sodium, le magnésium et l'aluminium.
[0053] En variante ou en outre, et de manière avantageuse, le matériau actif peut comprendre ou être sensiblement constitué d'un composé d'intercalation à base de métal alcalin, de métal alcalino-terreux, ou d'un métal du Groupe Ib, du Groupe IIb ou du Groupe IIIa. Les exemples non limitatifs de composés d'intercalation comportent un phosphate de lithium et de fer (LFP) et un phosphate de sodium et de fer (NFP). Les exemples non limitatifs supplémentaires de matériaux actifs sont un oxyde de lithium nickel cobalt aluminium (NCA), un oxyde de lithium nickel cobalt manganèse (NMC), un oxyde de lithium manganèse (LMO), un oxyde de lithium nickel manganèse (LNMO) et un oxyde de lithium cobalt (LCO).
[0054] De manière avantageuse, la cathode comprend entre 25 % et 99,7 % en poids du matériau actif sur la base du poids total de la cathode, tel qu'entre 40 % et 99,5 % en poids, de préférence entre 50 % et 99 % en poids, par exemple entre 60 % et 97,5 % en poids, de manière davantage préférée entre 75 % et 95 % en poids.
[0055] De manière avantageuse, le matériau électroniquement conducteur comprend un matériau comprenant du carbone, tel que des fibres de carbone, des nanotubes de carbone, du carbone particulaire (par exemple une poudre), ou une combinaison de deux ou plus de ceux-ci. De manière avantageuse, le matériau électroniquement conducteur est un matériau électroniquement conducteur à base de carbone, tel que du graphite.
[0056] De manière avantageuse, la cathode comprend entre 0,1 % et 30 % en poids du matériau électroniquement conducteur sur la base du poids total de l'électrode, tel qu'entre 0,25 % et 25 % en poids, de préférence entre 0,5 % et 20 % en poids, par exemple entre 1 % et 15 % en poids, de manière davantage préférée entre 2 % et 10 % en poids.
[0057] De manière avantageuse, le liant comprend ou est sensiblement constitué de caoutchouc, tel que du caoutchouc styrène-butadiène (SBR) ou du latex, du fluorure de polyvinylidène (PVDF) et de la polyvinylpyrolidone (PVP), en particulier de la PVP de poids moléculaire élevé.
[0058] De manière avantageuse, la cathode comprend entre 0,1 % et 30 % en poids du liant sur la base du poids total de la cathode, tel qu'entre 0,25 % et 25 % en poids, de préférence 0,5 % et 20 % en poids, par exemple entre 0,75 % et 15 % en poids, de manière davantage préférée entre 1 % et 10 % en poids.
[0059] L'électrolyte à l'état solide 3 est de manière avantageuse tel que décrit ci-dessus, et comprend un solvant non aqueux, un composé halogéné à base d'aluminium AIXnet/ou une forme polymère de celui-ci, dans lequel X est un atome d'halogène et n vaut entre 1 et 6, un sel de métal d'un métal alcalin, d'un métal alcalino-terreux ou d'un métal du Groupe Ib, du Groupe IIb ou du Groupe IIIa du tableau périodique, et un anion bis(fluorosulfonyl)imide (FSI).
[0060] Le métal ou les métaux compris dans le matériau actif de la cathode 2 et le métal ou les métaux compris dans le SSE 3 en tant que cation du (des) sel(s) de métal peuvent être identiques ou différents. De manière avantageuse, ils sont identiques. Par exemple, sans s'y limiter, un élément de batterie peut comprendre de l'oxyde de lithium cobalt (LiCoO2) en tant que matériau actif de la cathode et du LiFSI en tant que sel de métal de l'électrolyte à l'état solide.
[0061] De manière avantageuse, le collecteur de courant d'anode 4 comprend ou est sensiblement constitué d'au moins un métal. De manière avantageuse, le métal est du cuivre, un alliage de cuivre, du nickel, un alliage de nickel, de l'acier ou du lithium. L'acier peut être, sans s'y limiter, de l'acier inoxydable ou de l'acier au carbone.
[0062] De manière avantageuse, le collecteur de courant d'anode 4 s'étend à partir de l'élément de batterie sans anode 100. Autrement dit, le collecteur de courant d'anode 4 a de manière avantageuse une partie s'étendant à partir de l'empilement qui comprend le collecteur de courant de cathode 1, la cathode 2, et l'électrolyte à l'état solide 3. Une telle extension permet une connexion ou un couplage facile du collecteur de courant d'anode 4 au circuit électronique (non montré) auquel le collecteur de courant de cathode 1 est de manière avantageuse également connecté ou couplé.
[0063] La Figure 2 montre schématiquement un deuxième mode de réalisation d'un élément de batterie 101 de la présente divulgation, qui ne comprend pas d'anode, à savoir est un élément de batterie sans anode. L'élément de batterie métallique sans anode 101 comprend un collecteur de courant de cathode 1. De manière avantageuse, le collecteur de courant de cathode 1 est tel que décrit ci-dessus. L'élément de batterie 101 comprend en outre une cathode 2. De manière avantageuse, la cathode 2 est telle que décrite ci-dessus. L'élément de batterie 101 comprend en outre un collecteur de courant d'anode 4. Le collecteur de courant d'anode 4 est de manière avantageuse tel que décrit ci-dessus. L'élément de batterie sans anode 101 comprend également un électrolyte à l'état solide 3. L'électrolyte à l'état solide 3 est tel que décrit ci-dessus.
[0064] L'élément de batterie métallique sans anode 101 comprend en outre un séparateur 5. De manière avantageuse, le séparateur 5 est tel que décrit ci-dessus. De manière avantageuse, le séparateur 5 est une membrane de séparation, à savoir une membrane de séparation de batterie. Le séparateur 5 peut être une membrane de séparation poreuse.
[0065] De manière avantageuse, le séparateur 5 comprend ou est sensiblement constitué d'un ou plusieurs polymères. De manière avantageuse, et en variante ou en outre, la membrane de séparation de batterie 5 peut être un matériau céramique. Par exemple, le séparateur 5 peut comprendre un polymère chargé de céramique.
[0066] Les exemples non limitatifs de polymères appropriés comportent le polypropylène (PP), le polyéthylène (PE), le polytétrafluoroéthylène (PTFE) et le polyvinylidènedifluorure (PVDF). Le PP, le PE, le PTFE et le PVDF sont des matériaux préférés en raison de leur caractère chimiquement inerte. Toutefois ils ne sont pas facilement mouillés, alors qu'il est préférable que le séparateur poreux puisse absorber l'électrolyte liquide. À cette fin, le PP, le PE, le PTFE et/ou le PVDF peuvent être traités par un traitement de surface ou avec un revêtement, tel qu'un revêtement par pulvérisation, un revêtement par trempage ou un revêtement par plasma - plasma à pression atmosphérique ou plasma à basse pression.
[0067] Le séparateur 5 peut comprendre une ou une pluralité de couches. Un séparateur multicouche d'intérêt particulier est un séparateur de PVDF-PE-PVDF à trois couches, optionnellement chargé de céramique.
[0068] La Figure 3 montre schématiquement un élément de batterie 102 supplémentaire de la présente divulgation. L'élément de batterie 102 comprend un collecteur de courant de cathode 1, qui est de manière avantageuse tel que décrit ci-dessus. L'élément de batterie 102 comprend en outre une cathode 2, qui est de manière avantageuse telle que décrite ci-dessus. L'élément de batterie 102 comprend également un électrolyte à l'état solide 3, qui est tel que décrit ci-dessus. L'élément de batterie 102 comprend également un collecteur de courant d'anode 4. Le collecteur de courant d'anode 4 est de manière avantageuse tel que décrit ci-dessus.
[0069] L'élément de batterie 102 comprend en outre une anode 12, à savoir l'élément de batterie 102 est un élément de batterie comprenant une anode. L'anode 12 est de manière avantageuse telle que décrite ci-dessus.
[0070] De manière avantageuse, l'anode comprend ou est sensiblement constituée d'une couche métallique. Le métal de la couche métallique peut être identique ou différent de l'un des métaux compris dans la cathode, par exemple dans le matériau actif de la cathode. Par ailleurs, le(s) métal (métaux) de la couche métallique peu(ven)t être identique(s) ou différent(s) du métal du (des) sel(s) de métal de l'électrolyte à l'état solide. De manière avantageuse, au moins un métal de la couche métallique est identique à un métal de la cathode. Par exemple, lorsque la cathode comprend du lithium, l'anode est de manière avantageuse une couche métallique comprenant ou sensiblement constituée de lithium.
[0071] En variante, et également de manière avantageuse, l'anode comprend ou est sensiblement constituée d'une anode d'intercalation. Les exemples non limitatifs d'électrodes d'intercalation appropriées comportent le graphite et le Li4Ti5O12, ou des combinaisons de ceux-ci.
[0072] En variante, et également de manière avantageuse, l'anode comprend ou est sensiblement constituée d'une électrode de conversion. De manière avantageuse, l'électrode de conversion comprend ou est sensiblement constituée d'un oxyde, d'un nitrure, d'un sulfure, ou de combinaisons de deux ou plus de ceux-ci. Les exemples non limitatifs d'oxydes comportent le LiVO2et le SnO2. Les exemples non limitatifs de nitrures comportent le nitrure de vanadium (VN) et le nitrure de molybdène (δ-MoN). Les exemples non limitatifs de sulfures comportent le sulfure d'étain (SnSx) et le sulfure de vanadium (VS2et VS4).
[0073] De manière avantageuse, l'anode peut être fournie par un moyen connu dans l'art, tel que par fourniture d'un film, d'une feuille ou d'une feuille mince, ou par dépôt d'une couche par des méthodes connues, telles qu'une pulvérisation et un dépôt par plasma.
[0074] La Figure 4 montre schématiquement un autre élément de batterie comprenant une anode 103 de la présente divulgation. L'élément de batterie 103 comprend un collecteur de courant de cathode 1, une cathode 2, un électrolyte à l'état solide 3, un collecteur de courant d'anode 4, une anode 12 et un séparateur 5, qui sont tous de manière avantageuse tels que décrits ci-dessus.
[0075] La Figure 5 montre schématiquement un troisième mode de réalisation d'un élément de batterie métallique sans anode 104 de la présente divulgation. L'élément de batterie métallique sans anode 104 comprend un collecteur de courant de cathode 1, une cathode 2, et un électrolyte à l'état solide 3, qui sont tous de manière avantageuse tels que décrits ci-dessus. L'élément de batterie 104 peut en outre comprendre un séparateur (non montré).
[0076] L'élément de batterie 104 comprend en outre un conducteur électronique 10. Le conducteur électronique 10 est de manière avantageuse tel que décrit ci-dessus. Le conducteur électronique 10 fonctionne de manière avantageuse en tant que collecteur de courant d'anode.
[0077] De manière avantageuse, le conducteur électronique 10 comprend ou est sensiblement constitué d'au moins un métal. De manière avantageuse, le métal est du cuivre, un alliage de cuivre, du nickel, un alliage de nickel, du lithium, un alliage de lithium, ou de l'acier. L'acier peut être, sans s'y limiter, de l'acier inoxydable ou de l'acier au carbone. Par exemple, le conducteur électronique peut comprendre une feuille mince de cuivre nickelé.
[0078] En variante, et en variante ou en outre, le conducteur électronique 10 comprend ou est sensiblement constitué d'un polymère. Les exemples préférés de polymères, sans s'y limiter, comportent le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) et la polyaniline.
[0079] En variante, et en variante ou en outre, le conducteur électronique 10 comprend ou est sensiblement constitué de carbone. Les exemples préférés de carbone, sans s'y limiter, comportent le noir de carbone, les nanotubes de carbone, le graphite ou une combinaison de deux ou plus de ceux-ci.
[0080] En variante, et en variante ou en outre, le conducteur électronique 10 comprend ou est sensiblement constitué d'un ou plusieurs d'un oxyde, d'un sulfure, d'un nitrure, d'un carbure ou d'un siliciure.
[0081] L'élément de batterie métallique sans anode 104 comprend en outre un substrat à surface active élevée 6. De manière avantageuse, le substrat à surface active élevée 6 est fourni du côté anode de l'élément de batterie 104. Autrement dit, le substrat à surface active élevée 6 est de manière avantageuse fourni au niveau d'un côté de l'électrolyte 3 opposé au côté de la cathode 2.
[0082] De manière avantageuse, le substrat à surface active élevée 6 est fourni de sorte qu'au moins une partie d'une surface 7 (externe) de celui-ci est en contact avec au moins une partie d'une surface 8 du conducteur électronique 10. De manière avantageuse, la surface 7 du substrat à surface active élevée 6 en contact au moins partiellement avec le conducteur électronique 10 est différente de la surface en contact avec le SSE 3.
[0083] De manière avantageuse, le substrat à surface active élevée 6 a une porosité d'au moins 40 %, dans lequel la porosité est mesurée par tomodensitométrie. On entend par „une porosité d'au moins 40 %“, dans le cadre de la présente divulgation, que le substrat à surface active élevée 6 a une porosité d'au moins 40 % au niveau de chaque emplacement ou zone du substrat 6.
[0084] De manière avantageuse, le substrat à surface active élevée 6 comprend ou est sensiblement constitué d'un composé organique. De manière avantageuse, le composé organique comprend ou est sensiblement constitué de, à savoir est, un polymère. En variante, et de manière avantageuse, le composé organique comprend ou est sensiblement constitué de, à savoir est, un polymorphe de carbone.
[0085] De manière avantageuse, le polymère est choisi dans le groupe constitué de la cellulose, de la cellulose régénérée (viscose), du polypropylène, du polyéthylène, du difluorure de polyvinylidène, du polytétrafluoroéthylène, du polyuréthane, de l'aramide et de la soie. Les exemples supplémentaires du composé organique comportent la laine et le polyaram ide.
[0086] Les exemples non limitatifs d'un polymorphe de carbone comportent le graphène, les nanotubes de carbone, le graphite, le carbone dur et le noir de carbone.
[0087] De manière avantageuse, et en outre ou en variante, le substrat à surface active élevée comprend ou est sensiblement constitué d'un composé inorganique. De manière avantageuse, le composé inorganique comprend ou est sensiblement constitué d'oxyde de lithium lanthane zirconium (LLZO) et/ou d'un polymorphe de silice. Les exemples non limitatifs de polymorphes de silice comportent le quartz, la cristobalite, la tridymite, la coésite, la stishovite, la lechateliérite et l'opale.
[0088] Le substrat à surface active élevée 6 peut comprendre ou être constitué d'une seule couche, ou peut comprendre une pluralité de couches, à savoir deux couches ou plus. Lorsque le substrat à surface active élevée 6 comprend deux couches ou plus, elles peuvent être identiques ou différentes. Par exemple, elles peuvent avoir une composition, une structure, une forme, une épaisseur ou une porosité identiques ou différentes. De manière avantageuse, chaque couche a une porosité d'au moins 40 %, dans lequel la porosité est mesurée au moyen d'une tomographie aux rayons X.
[0089] Le substrat à surface active élevée 6 peut avoir toute forme ou géométrie ou structure dotant le substrat d'une surface active élevée. De manière avantageuse, le substrat à surface active élevée 6 est une membrane, une mousse, un non-tissé, un textile tissé ou un textile tricoté. De manière avantageuse, la membrane et la mousse sont des membranes et des mousses à cellules ouvertes.
[0090] La Figure 6 montre un autre élément de batterie métallique sans anode 105 selon la présente divulgation. L'élément de batterie métallique sans anode 105 comprend un collecteur de courant de cathode 1, une cathode 2, un électrolyte à l'état solide 3, un conducteur électronique 10 et un substrat à surface active élevée 6, qui sont tous de manière avantageuse tels que décrits ci-dessus pour la Figure 5.
[0091] L'élément de batterie 105 comprend en outre une extension de fil d'anode 9. De manière avantageuse, l'extension de fil d'anode 9 s'étend à partir de l'élément de batterie sans anode 105, de manière avantageuse d'une manière telle que décrite ci-dessus pour le collecteur de courant d'anode.
[0092] De manière avantageuse, l'extension de fil d'anode 9 comprend ou est sensiblement constituée d'au moins un métal. De manière avantageuse, le métal est du cuivre, un alliage de cuivre, du nickel, un alliage de nickel, de l'acier ou du lithium. L'acier peut être, sans s'y limiter, de l'acier inoxydable ou de l'acier au carbone.
[0093] De manière avantageuse, au moins une partie d'une surface 8 du conducteur électronique 10 est en contact avec au moins une partie d'une surface 7 du substrat à surface active élevée 6. De manière avantageuse, la surface 7 du substrat à surface active élevée 6 qui est au moins partiellement en contact avec le conducteur électronique 10 est différente de la surface du substrat à surface active élevée 6 en contact avec l'électrolyte 3.
[0094] De manière avantageuse, au moins une partie d'une surface du conducteur électronique 10 est également en contact avec au moins une partie d'une surface de l'extension de fil d'anode 9.
[0095] La Figure 7 montre un autre élément de batterie métallique sans anode 106 selon la présente divulgation. L'élément de batterie métallique sans anode 106 comprend un collecteur de courant de cathode 1, une cathode 2, un électrolyte à l'état solide 3, un séparateur 5, un substrat à surface active élevée 6, une extension de fil d'anode 9, et un conducteur électronique 10, qui sont tous de manière avantageuse tels que décrits ci-dessus.
Exemples
Exemple 1
[0096] Un précurseur liquide a été préparé par ajout de 12,65 g de LiFSI en tant que premier sel de métal, 19,42 g de LiTFSI en tant que deuxième sel de métal, 3,00 g de AlCl3, et 2,02 g de HFE en tant que tensioactif dans 20,25 g de DME en tant que solvant non aqueux.
[0097] L'élément de batterie sans anode a été préparé en tant qu'élément de poche à double empilement comprenant deux feuilles minces de cuivre en tant que collecteurs de courant d'anode prenant en sandwich une cathode comprenant du NCA en tant que matériau actif. Un séparateur chargé en céramique à trois couches, comprenant une couche de polyéthylène prise en sandwich entre deux couches de fluorure de polyvinylidène, a été fourni entre la cathode et le collecteur de courant d'anode.
[0098] Le précurseur liquide a alors été fourni à l'intérieur de l'élément de batterie sans anode, et maintenu à 60 °C pendant 24 h pour convertir le précurseur liquide en un électrolyte à l'état solide. Le SSE comprenait 22,07 % en poids de LiFSI, 33,87 % en poids de LiTFSI, 5,23 % en poids de AlCl3, 3,53 % en poids de HFE, et 35,31 % en poids de DME, sur la base du poids total du SSE.
[0099] L'élément de batterie a alors été chargé et déchargé à 5 mA galvanostatiquement (0,39 mA/cm<2>par rapport à la surface de la cathode) et le potentiel de l'élément a été mesuré à température ambiante en fonction de la charge spécifique par gramme de matériau actif. La Figure 8 montre les résultats, dans lequel la ligne 13 représente la courbe de charge et la ligne 14 la courbe de décharge. D'après la Figure 8 il est clair que 158 mAh/g des 170 mAh/g attendus sont utilisables. Autrement dit, seulement 12 mAh/g sont perdus lors du dépôt initial de lithium in situ.
Exemple 2
[0100] Un précurseur liquide a été préparé par ajout de 16,00 g de LiFSI en tant que sel de métal, 2,66 g de AlCl3et 2,00 g de HFE en tant que tensioactif dans 8,00 g d'acétonitrile (ACN). Le précurseur liquide a alors été maintenu pendant 24 heures à une température de 20 °C, de sorte qu'un électrolyte à l'état solide (SSE) a été obtenu.
[0101] Le SSE comprenait 55,83 % en poids de LiFSI, 9,28 % en poids de AlCl3, 6,98 % en poids de HFE et 27,91 % en poids de ACN, sur la base du poids total du SSE.
[0102] Un premier élément de batterie (comprenant l'anode) a été préparé en tant qu'élément de poche à double empilement comprenant une feuille mince d'aluminium (Al) en tant que collecteur de courant de cathode prise en sandwich entre 2 cathodes de phosphate de lithium et de fer (LFP). Une feuille mince de cuivre en tant que collecteur de courant d'anode avec une feuille mince en lithium de 50 µm d'épaisseur en tant qu'anode a été fournie au niveau de chaque côté du composé de LFP-AI-LFP. Un séparateur chargé en céramique à trois couches, comprenant une couche de polyéthylène prise en sandwich entre deux couches de fluorure de polyvinylidène, a été fourni entre la cathode et chacune des anodes (donc au total, deux séparateurs ont été fournis).
[0103] Les anodes et les cathodes ont été imprégnées de l'électrolyte à l'état solide par application de celui-ci sur les substrats des anodes et des cathodes à l'aide d'une spatule jusqu'à ce que la surface entière soit recouverte uniformément du SSE.
[0104] Le premier élément de batterie a alors été soumis à 10 cycles de charge/décharge. Une charge et une décharge ont été effectuées galvanostatiquement entre 3,0 V et 3,8 V à 0,25 mA/cm<2>de surface de la cathode.
[0105] La Figure 9 montre la tension en fonction de la charge spécifique par gramme de matériau actif pour les cycles de charge/décharge, dans lequel 15 fait référence aux courbes de charge et 16 aux courbes de décharge. Il est clair que la charge et la décharge sont très stables pendant les 10 cycles.
Exemple 3
[0106] Une suspension a été préparée par ajout de 10,02 g de LiFSI en tant que sel de métal, 1,90 g de AlCl3, et 1,25 g de HFE en tant que tensioactif dans 10,00 g de DME en tant que solvant non aqueux.
[0107] La suspension a alors été chauffée à 60 °C pendant 10 minutes pour obtenir un précurseur liquide. Le précurseur liquide a alors été maintenu pendant 24 heures à une température de 20 °C, de sorte qu'un électrolyte à l'état solide (SSE) a été obtenu.
[0108] Le SSE comprenait 43,24 % en poids de LiFSI, 8,20 % en poids de AlCl3, 5,40 % en poids de HFE et 43,16 % en poids de DME, sur la base du poids total du SSE.
[0109] Un deuxième élément de batterie (comprenant l'anode) a été préparé en tant qu'élément de poche à double empilement comprenant une feuille mince d'aluminium (Al) en tant que collecteur de courant de cathode prise en sandwich entre 2 cathodes de phosphate de lithium et de fer (LFP). Une feuille mince de cuivre en tant que collecteur de courant d'anode avec une feuille mince en lithium de 50 µm d'épaisseur en tant qu'anode a été fournie au niveau de chaque côté du composé de LFP-AI-LFP. Un séparateur chargé en céramique à trois couches, comprenant une couche de polyéthylène prise en sandwich entre deux couches de fluorure de polyvinylidène, a été fourni entre la cathode et chacune des anodes (donc au total, deux séparateurs ont été fournis).
[0110] Les anodes et les cathodes ont été imprégnées de l'électrolyte à l'état solide par application de celui-ci sur les substrats des anodes et des cathodes à l'aide d'une spatule jusqu'à ce que la surface entière soit recouverte uniformément du SSE.
[0111] Le premier élément de batterie a alors été soumis à 20 cycles de charge/décharge. Une charge et une décharge ont été effectuées galvanostatiquement entre 3,0 V et 3,8 V à 0,25 mA/cm<2>de surface de la cathode.
[0112] La Figure 10 montre la charge spécifique par gramme de matériau actif du premier élément de batterie de l'Exemple 2 et du deuxième élément de batterie de l'Exemple 3 en fonction du nombre de cycles de charge et de décharge. Il est clair que la capacité anodique 17, en faisant référence à la charge du (premier) élément de batterie, et la capacité cathodique 18, en faisant référence à la décharge du (premier) élément de batterie du premier élément de batterie avec de l'aCN en tant que solvant non aqueux sont très proches l'une de l'autre et restent sensiblement constantes pendant au moins 20 cycles de charge/décharge. Bien que la capacité anodique 19, en faisant référence à la charge du (deuxième) élément de batterie, et la capacité cathodique 20, en faisant référence à la décharge du (deuxième) élément de batterie, du deuxième élément de batterie avec du DME en tant que solvant non aqueux étant légèrement plus basse que pour le premier élément de batterie, elles restent également stables à chaque cycle de charge/décharge supplémentaire, jusqu'à au moins 20 cycles.
Exemple 4
[0113] Un précurseur liquide a été préparé par ajout de 10,00 g de LiFSI en tant que sel de métal, 2,01 g de AlCl3, et 2,50 g de HFE en tant que tensioactif dans 20,00 g de DME en tant que solvant non aqueux.
[0114] Un élément de batterie empilé comprenant une anode de 900 mAh a été préparé avec 5 couches de LFP-AI-LFP (à savoir une feuille mince d'aluminium (Al) en tant que collecteur de courant de cathode prise en sandwich entre 2 cathodes de phosphate de lithium et de fer (LFP)). Une feuille mince de cuivre de 13 µm d'épaisseur en tant que collecteur de courant d'anode avec une feuille mince en lithium de 25 µm d'épaisseur en tant qu'anode a été fournie au niveau de chaque côté du composé de LFP-Al-LFP, par conséquent 6 de celles-ci ont été fournies. Un séparateur chargé en céramique à trois couches, comprenant une couche de polyéthylène prise en sandwich entre deux couches de fluorure de polyvinylidène, a été fourni entre chaque cathode et anode.
[0115] Le précurseur liquide a alors été fourni à l'intérieur de l'élément de batterie, et maintenu à 60 °C pendant 48 h pour convertir le précurseur liquide en un électrolyte à l'état solide. Le SSE comprenait 28,99 % en poids de LiFSI, 5,82 % en poids de AlCl3, 7,24 % en poids de HFE, et 57,95 % en poids de DME, sur la base du poids total du SSE.
[0116] L'élément de batterie a alors été chargé et déchargé à 120 mA galvanostatiquement entre 3,0 V et 3,8 V (0,25 mA/cm<2>par rapport à la surface de la cathode).
[0117] La Figure 11 montre la charge spécifique par gramme de matériau actif de l'élément de batterie en fonction du nombre de cycles de charge et de décharge. Il est clair que la capacité anodique 21, en faisant référence à la charge de l'élément de batterie, et la capacité cathodique 22, en faisant référence à la décharge de l'élément de batterie, sont très proches l'une de l'autre et restent sensiblement constantes pendant au moins 7 cycles de charge/décharge. La différence de capacité anodique et cathodique pour le premier cycle peut être expliquée par le fait connu qu'une partie de la capacité du premier cycle dans les systèmes électrochimiques est irréversible.
[0118] La Figure 12 montre la tension de l'élément de batterie en fonction de la charge spécifique par gramme de matériau actif pour la première charge (ligne 23) et la décharge ultérieure (ligne 24). Les résultats montrent clairement l'augmentation du potentiel de l'élément de batterie à l'état solide.
Nomenclature
[0119] 1 collecteur de courant de cathode 2 cathode 3 électrolyte à l'état solide 4 collecteur de courant d'anode 5 séparateur 6 substrat à surface active élevée 7 surface du substrat à surface active élevée 8 surface du collecteur de courant d'anode 9 extension de fil d'anode 10 conducteur électronique 12 anode 13 courbe de charge de l'élément de batterie sans anode 14 courbe de décharge de l'élément de batterie sans anode 15 courbes de charge d'un premier élément de batterie comprenant une anode 16 courbes de décharge d'un premier élément de batterie comprenant une anode 17 capacité anodique d'un premier élément de batterie comprenant une anode 18 capacité cathodique d'un premier élément de batterie comprenant une anode 19 capacité anodique d'un deuxième élément de batterie comprenant une anode 20 capacité cathodique d'un deuxième élément de batterie comprenant une anode 21 capacité anodique d'un élément de batterie empilé comprenant une anode 22 capacité cathodique d'un élément de batterie empilé comprenant une anode 23 courbe de charge d'un élément de batterie empilé comprenant une anode 24 courbe de décharge d'un élément de batterie empilé comprenant une anode 100 élément de batterie métallique sans anode 101 élément de batterie métallique sans anode 102 élément de batterie comprenant une anode 103 élément de batterie comprenant une anode 104 élément de batterie métallique sans anode 105 élément de batterie métallique sans anode 106 élément de batterie métallique sans anode
Claims (15)
1. Élément de batterie (100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) comprenant un collecteur de courant de cathode (1), une cathode (2), un électrolyte à l'état solide (3), et comprenant en outre un collecteur de courant d'anode (4) ou un conducteur électronique (10),
caractérisé en ce que l'électrolyte à l'état solide (3) comprend un solvant non aqueux, un composé halogéné à base d'aluminium AIXnet/ou une forme polymère de celui-ci, dans lequel X est un atome d'halogène et n vaut entre 1 et 6, un sel de métal d'un métal alcalin, un métal alcalino-terreux ou un métal du Groupe Ib, du Groupe IIb ou du Groupe IIIa du tableau périodique, et un anion bis(fluorosulfonyl)imide (FSI).
2. Élément de batterie (100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) selon la revendication 1, dans lequel le métal est du lithium, du sodium, du magnésium, de l'aluminium, du zinc ou de l'argent.
3. Élément de batterie (100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel X est un chlorure et n vaut 3, et le composé halogéné à base d'aluminium est un AlCl3.
4. Élément de batterie (100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) selon une quelconque revendication précédente, dans lequel le sel de métal comprend un anion, dans lequel l'anion du sel de métal est un FSI.
5. Élément de batterie (100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) selon la revendication 4, comprenant en outre au moins un sel de métal supplémentaire comprenant un anion, dans lequel l'anion de l'au moins un sel de métal supplémentaire est un FSI, un bis(trifluorométhane)sulfonimide (TFSI), un dicyanamide (DCA), un perchlorate (CIO4), un difluorobis(oxalato) borate (DFOB) ou un hexafluorophosphate (PF6).
6. Élément de batterie (100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel le solvant non aqueux est de l'acétonitrile, du diméthoxyéthane, ou un liquide ionique.
7. Élément de batterie (100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le solvant non aqueux est un liquide ionique comprenant un anion, dans lequel l'anion du liquide ionique est un FSI.
8. Élément de batterie (101, 103, 106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un séparateur (5) entre la cathode (2) et le collecteur de courant d'anode (4) ou le conducteur électronique (10).
9. Élément de batterie (102, 103) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une anode (12).
10. Élément de batterie (102, 103) selon la revendication 9, dans lequel l'anode (12) comprend une couche métallique comprenant un métal alcalin, un métal alcalino-terreux ou un métal du Groupe Ib, du Groupe IIb ou du Groupe IIIa du tableau périodique, ou une combinaison de deux ou plus de ceux-ci.
11. Élément de batterie (102, 103) selon la revendication 9, dans lequel l'anode (12) comprend une électrode d'intercalation ou une électrode de conversion, de préférence dans lequel l'électrode de conversion comprend un oxyde, un nitrure, un sulfure ou des combinaisons de deux ou plus de ceux-ci.
12. Élément de batterie (104, 105, 106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un substrat à surface active élevée (6) fourni entre la cathode (2), ou, le cas échéant, le séparateur (5), et le collecteur de courant d'anode (4) ou le conducteur électronique (10), ou, le cas échéant, l'anode (12), dans lequel au moins une partie d'une surface (7) du substrat à surface active élevée (6) est en contact avec au moins une partie d'une surface du collecteur de courant d'anode (4) ou du conducteur électronique (10), ou, le cas échéant, une surface de l'anode (12).
13. Élément de batterie (105, 106) selon la revendication 12, comprenant un conducteur électronique (10), comprenant en outre une extension de fil d'anode (9), dans lequel au moins une partie d'une surface du conducteur électronique (10) est en contact avec au moins une partie d'une surface de l'extension de fil d'anode (9).
14. Élément de batterie (100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément de batterie (100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) est un élément de batterie secondaire.
15. Batterie comprenant un empilement de x éléments de batterie (100, 101, 102, 103, 104, 105, 106) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel x vaut entre 2 et 20.
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| CH001546/2022A CH720372A2 (fr) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | Élément de batterie comprenant un électrolyte à l'état solide |
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2022
- 2022-12-22 CH CH001546/2022A patent/CH720372A2/fr unknown
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