Projet ANR-08-STKE-0005 – INTERFACE 5V : Etude et stabilisation de l'interface électrode/électrolyte à haute tension - Study and stabilization of the electrode/electrolyte interface at high voltage
Programme : Stockage de l’Energie (Stock-E) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : CEA COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE DE GRENOBLE (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE DE GRENOBLE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives; Entreprise autre que TPE ou PME; Divers privé; Université Paris-Sud; Université de Pau et des Pays de l'Adour
Montant : 852565.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Les accumulateurs Li-ion sont actuellement utilisés dans de nombreuses applications nomades. Néanmoins, une amélioration de cette technologie est nécessaire pour gagner de nouveaux marchés tels que les véhicules électriques et hybrides. L'introduction de nouveaux matériaux d'électrode plus performants représente un ambitieux challenge. Une des percées possibles pourrait consister en l'utilisation de matériaux de haute tension à l'électrode positive dans le but d'accroître la densité d'énergie de la cellule. Les oxydes spinelles de composition générique 'LiNi0,5Mn1,5O4' ont un potentiel d'oxydoréduction de 4,7V Li+/Li correspondant au couple Ni2+/Ni4+. Ces matériaux ont été optimisés au cours des dernières années, en particulier au CEA-LITEN. Cependant, aucun électrolyte stable au-dessus de 4,2-4,5V Li+/Li n'a encore été trouvé. Dans les électrolytes conventionnels l'autodécharge à haute tension est rapide, empêchant une utilisation commerciale de ces nouveaux matériaux. Dans le but de développer des accumulateurs Li-ion de haute tension ce projet sera axé sur l'étude de l'interface électrode/électrolyte pour des potentiels en dehors de la limite de stabilité des électrolytes conventionnels. Pour résoudre le problème d'instabilité à haute tension, deux approches complémentaires vont être suivies. La première consistera à utiliser des additifs dans l'électrolyte afin de protéger l'interface (même approche que pour les électrodes en graphite). La deuxième approche sera consacrée au remplacement des solvants de l'électrolyte de type carbonates par de nouveaux solvants fluorés (le sel est lui beaucoup plus stable vis-à-vis des hautes tensions). Le CEA, le LEPMI et RHODIA développeront les deux solutions proposées grâce à l'aide précieuse de l'IMN, l'ICMMO et l'IPREM pour les caractérisations fines des interfaces électrode/électrolyte par MET, RMN, spectroscopie d'impédance et XPS. PSA validera les systèmes mis au point dans le cadre de ce projet. Dans un premier temps, afin de prévenir les réactions indésirables avec l'électrode en graphite à basse tension, le système '3V' LiNi0,4Mn1,6O4/Li4Ti5O12, déjà développé au CEA à l'exception de l'électrolyte, sera choisi. Li4Ti5O12 (1,55V vs Li+/Li) est un matériau d'électrode négative très prometteur pour les applications de grande puissance. Le système '5V' LiNi0,4Mn1,6O4/graphite sera également étudié afin de fournir des éléments de grande densité d'énergie. Les recherches proposées dans le cadre de ce projet sont fortement motivées par des intérêts industriels (système de puissance à '3V' au lieu de '2V', système d'énergie à '5V' au lieu de '4V').En conclusion, le projet 'Interface 5V' se propose de résoudre le problème de la réactivité à l'interface électrode positive/électrolyte à haute tension. Les avancées réalisées dans le domaine des additifs ou de nouveaux solvants fluorés pour électrolyte devraient permettre de fabriquer des accumulateurs Li-ion de forte puissance et de grande densité d'énergie.