Corrélation entre dégradation des composants internes et sécurité de fonctionnement des batteries Li-ion

Résumé : Les batteries lithium-ion sont présentes dans de nombreuses applications portables ou embarquées car leurs énergies massique et volumique et leur cyclabilité les placent en tête des autres technologies de stockage. Cependant, elles ne résistent pas aux fonctionnements abusifs et peuvent subir des emballements thermiques avec risque d’explosion. Par ailleurs, l’état des composants internes évoluant au cours du vieillissement de la batterie, son comportement en sécurité doit être considéré pour n'importe quel état de santé afin de mieux concevoir la gestion thermique des cellules et du pack batterie. Dans ce contexte, il est donc primordial de comprendre les mécanismes de dégradation de l’ensemble des composants internes d’un élément (matériaux d'électrodes, collecteurs, séparateur et électrolyte) lors d’un vieillissement en fonctionnement normal et le déroulement des évènements en conditions abusives pouvant aboutir à un scénario accidentel.Le séparateur doit alors être considéré comme le premier dispositif de sécurité intrinsèque car il assure la séparation physique entre l’électrode positive et négative. Il doit alors être étudié sur le plan de ses propriétés électrochimiques, mécaniques et thermiques. Pour cela, une méthodologie de caractérisation a été développée, mettant en œuvre un large panel de techniques de caractérisation physique et chimique, et appliquée sur des séparateurs issus de vieillissements en conditions normales et après surcharge. Différentes méthodes de lavage ont permis de discréditer l’évolution morphologique et électrochimique du polymère poreux sans l’interaction des résidus solides associées aux produits de dégradation de l’électrolyte. Ainsi, la porosité et la tortuosité de la matrice polymère, associées à la conductivité ionique du système séparateur/électrolyte, ont été pleinement étudiées.Il a pu être montré que, en accord avec la croissance de la SEI sur l’électrode négative graphite, sa porosité de surface se dégrade avec un encrassement des pores par accumulation de composés solides de la SEI. Aucune conséquence sur les propriétés mécaniques n’a été observée, mais les performances électrochimiques en puissance se dégradent fortement. Une évaluation face aux risques de court-circuit interne par percée dendritique a permis de montrer que la formation de dendrite est favorisée. Le séparateur en tant qu’organe de sécurité face aux risques mécaniques garde donc son efficacité tout au long de la vie de la batterie lithium-ion mais le risque de court-circuit est plus élevé.
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Thèse
Energie électrique. Université Grenoble Alpes, 2018. Français. 〈NNT : 2018GREAI060〉
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Contributeur : Abes Star <>
Soumis le : mardi 4 décembre 2018 - 10:53:08
Dernière modification le : jeudi 6 décembre 2018 - 01:05:30

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Xavier Fleury. Corrélation entre dégradation des composants internes et sécurité de fonctionnement des batteries Li-ion. Energie électrique. Université Grenoble Alpes, 2018. Français. 〈NNT : 2018GREAI060〉. 〈tel-01943829〉

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