Développement de membranes PVdF-HFP par électrofilage pour batteries au lithium

Abstract

Les batteries rechargeables bénéficient d’un intérêt considérable en tant que systèmes de stockage d'énergie électrochimique, une technologie essentielle pour remplacer les combustibles fossiles et permettre de compenser l’intermittence de la majorité des sources d’énergie renouvelable.

En raison de l'importance actuelle et future des batteries lithium-ion, ce travail a porté sur la synthèse et le développement d’un séparateur polaire pour améliorer la mobilité des ions Li+ dans la couche électrolyte d'une batterie Li- ion.

Dans une première étape, nous nous sommes focalisés sur la synthèse de membranes de PVdF-HFP par électrofilage. Cette technique permet en effet de générer des membranes aux propriétés désirées pour une utilisation en tant que séparateurs dans des batteries Li-ion, notamment une grande porosité et une bonne résistance mécanique.

La deuxième partie de ce travail porte sur la caractérisation électrochimique des membranes réalisées et la mise en évidence de leur potentiel exact en tant séparateurs pour batteries Li-ion. Pour ce faire, nous avons optimisé nombre de paramètres expérimentaux, comme l’épaisseur des membranes et la quantité d’électrolyte adéquate pour assurer le bon fonctionnement des batteries. Le cyclage galvanostatique et la voltamétrie cyclique ont été privilégiés comme techniques de caractérisation électrochimique.

La recherche a démontré que des séparateurs de qualité pouvaient être synthétisés par électrofilage, même si cette technique s’est montrée très sensible aux conditions opératoires. Des membranes de PVdF-HFP aux propriétés recherchées ont ainsi été réalisées après dissolution dans deux mélanges de solvants différents.

Ces membranes ont été montées dans des microbatteries de type Li-ion constituées d’une anode en lithium métallique et d’une cathode en oxyde de cobalt lithié. Nos essais ont démontré qu’il était tout à fait possible de faire cycler ces microbatteries sur plusieurs dizaines de cycles, mais que les performances de ces batteries sont affectées par certains paramètres, comme l'épaisseur de la membrane séparatrice, la présence d’eau en surface ou dans ces membranes et la croissance de dendrites de lithium.