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Pré-traiter le Li/métal avec des liquides ioniques ?

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20.01.17


Décryptage par Sylvie Grugeon et Stéphane Laruelle (chercheurs au LRCS

UMR UPJV/CNRS 7314) de l'article Stabilizing lithium metal using ionic liquids for long-lived batteries (A. Basile, A. I. Bhatt & A. P. O’Mullane, Nature Communications, Juin 2016)

Etat de l’art :Jkt taille Oxide Red Rouge Crosstrek 19 S Patagonia L’utilisation du lithium métal avec des électrolytes liquides « classiques » est problématique. L’extraction et le dépôt de lithium à la surface de celui-ci, alternativement lors du cyclage, a pour conséquence une consommation des solvants pour la formation de la SEI. Il peut aussi entrainer la formation de dendrites de lithium qui,  à terme, peuvent traverser le séparateur et provoquer un court-circuit amenant à un échauffement local. Cela a pour conséquence, a minima, une mauvaise rétention de capacité et dans le cas d’un scenarii catastrophe à l’emballement thermique de la batterie.

Les liquides ioniques sont une alternative possible au remplacement des électrolytes à base de solvants organiques. Il a été montré dans la littérature que ceux à base de cations de type pyrrolidinium et d’anions FSI- évitent la formation de dendrites en cellule symétrique  Li/Li/Li. Ceci est attribué à la nature inorganique de la SEI formée par réduction de FSI-.

Résultats : Par une étude en cellule symétrique, les auteurs montrent qu’avec ce type de liquide ionique (LiFSI/[C3mPyr+][FSI-] ), la SEI peut être optimisée par un prétraitement préalable réalisé avant l’assemblage de la cellule. Ce traitement consiste à laisser tremper le lithium préalablement poli/nettoyé a l’hexane dans un mélange du liquide ionique [C3mPyr+][FSIsaison Militaire Olive Mi Brandit Xxl Veste 4atZAqw-] + sel de lithium pendant une durée d’une dizaine de jours (optimale en 12 jours).

Trois différents sels de lithium (LiFSI, LiPF6 et LiAsF6) sont testés et la nature de la SEI diffère en fonction du sel utilisé. Seule celle an présence de LiPF6 ne comprend pas de composés issus de la réduction du LiFSI. Des tests de cyclage sont réalisés en configuration LiFePO4/Li à un régime de 1C (1,25mAh/cm2), à 30°C, en présence d’un séparateur poreux classique de type polyoléfine.

Les auteurs annoncent un rendement coulombique meilleur lors d’un prétraitement de 12 jours (99,96% contre 99,6% sans prétraitement) et l’absence de dendrites dans tous les cas, c’est dire quel que soit le sel de lithium utilisé pour le prétraitement. Cette durée de prétraitement permet de couvrir le lithium d’une couche  relativement uniforme et lisse, ce qui la rend plus efficace lors du cyclage.

Analyses : Les résultats sur les cellules complètes sont difficilement interprétables car les rendements varient mais les capacités aussi et les auteurs ne sont pas clairs sur les explications.  Il est étrange de réaliser un prétraitement du lithium avec le même électrolyte que celui introduit par la suite dans la cellule de cyclage. Le prétraitement nécessitant de la manipulation et deux solvants de nettoyage, n’était il pas plus judicieux de tenter d’optimiser in situ la SEI au cours d’une étape de formation préalable au cyclage ?

Egalement, il semble, dans ces conditions, que l’uniformité de la couche prévaut sur la nature de la couche formée lors du prétraitement puisque les résultats de cyclage sont améliorés quel que soit le sel de lithium utilisé. De manière inquiétante, les auteurs démontrent que des dendrites se forment précisément à l’endroit où la SEI issue du prétraitement n’est pas uniforme/efficace. Or, Il est difficile d’imaginer réaliser, de cette manière, des SEI strictement uniformes sur des surfaces relativement grandes de lithium.

Cette publication a quand même le mérite de montrer que les performances du lithium métal pouvaient être améliorées en présence d’une couche de protection (SEIvent Red Veste Xxl Philippe Gonso Coupe Fiery V2 WxEzxA0p).

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