Les problèmes de sécurité liés aux électrolytes inflammables dans les batteries lithium-ion (LIB) restent un défi majeur pour leur application étendue. L’utilisation d’électrolytes à base de phosphate ininflammables a prouvé sa validité pour inhiber la combustion des LIB. Cependant, la forte interaction entre Li+ et le phosphate conduit à une interphase électrolytique solide (SEI) dominante avec un blindage électronique limité, ce qui entraîne une mauvaise intercalation du Li+ au niveau de l’anode en graphite (Gr) lors de l’utilisation d’électrolytes à haute teneur en phosphate.
Une étude pour résoudre ce problème a été menée par le professeur Jia Xie et le Ph.D. Ziqi Zeng de l’École de génie électrique et électronique, Université des sciences et technologies de Huazhong.
« Pour atténuer ce problème et améliorer l’insertion de Li+, nous proposons une stratégie ‘In−N−Out’ pour rendre le phosphate ‘non-coordinateur’. En employant une combinaison de solvants fortement polaires pour un ‘effet de bloc’ et de solvants faiblement polaires pour un « effet de traînée », l’interaction Li+−phosphate est réduite. »
« En conséquence, le phosphate reste dans la phase électrolytique (« In »), minimisant ainsi son impact sur l’incompatibilité avec l’électrode Gr (« Out »). Dans l’électrolyte conçu, même si la teneur en TEP atteint plus de 60 % en poids. « , l’anode Gr réalise toujours une réaction réversible de désintercalation Li+. Parallèlement, l’introduction de solvants fortement polaires améliore la dissociation des sels de lithium, permettant ainsi à l’électrolyte de démontrer une excellente conductivité ionique (5,94 mS/cm à 30 ⁰C) », explique Xie.
Quelques implications émergent ainsi pour la conception d’électrolytes ininflammables : 1) la capacité de coordination des solvants avec Li+ pourrait être ajustée par la stratégie « In−N−Out » ; 2) « l’effet de traînée » est une interaction universelle entre des solvants faiblement polaires et le TEP, ce qui offre plus de possibilités pour concevoir des électrolytes ininflammables.
L’étude est publié dans la revue Science Chine Chimie.
Plus d’information:
Mengchuang Liu et al, conception « In-N-out » permettant des électrolytes ininflammables et à haute conductivité à base de triéthylphosphate à haute teneur pour les batteries lithium-ion, Science Chine Chimie (2023). DOI : 10.1007/s11426-023-1803-x