Electrolyte analytical investigation as a suitable approach for studying Li-ion battery formation process
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Abstract EN:
La SEI, l'interphase entre l'électrode négative et l'électrolyte dans un accumulateur Li-ion, joue un rôle primordial pour une bonne performance durant la vie de l'accumulateur. Bien que les relations entre sa composition et ses propriétés soient très étudiées, elles sont encore mal comprises. C'est pourquoi létape de formation des accumulateurs – un procédé industriel indispensable qui aide à la stabilisation de la SEI et qui est optimisé de façon empirique. Dans cette étude, une méthode analytique permettant d'évaluer clairement la propriété de passivation de la SEI a d'abord été mise en place. La molécule sonde sélectionnée est détectable par GC/MS et permet de suivre l'évolution de cette propriété qui peut varier au cours de la première charge/décharge. Cette méthode est appliquée sur les différents paramètres qui peuvent intervenir dans l'étape de formation, tels que l'influence des carbonates linéaires et des additifs renforçant la SEI, la température, la présence de noir de carbone et l'étape de repos à la précharge. L'évaluation de cette méthode a pu être menée de la cellule à l'échelle du laboratoire jusqu'aux cellules commerciales pour véhicules électriques, parfois épaulée par d'autres outils de caractérisation comme la spectroscopie infrarouge, la microscopie et la spectroscopie d'impédance
Abstract FR:
The interphase between the negative electrode and the electrolyte in Li-ion batteries, called SEI, is essentiel for the good cycle-life performance. Numerous studies are dedicated on a better knowledge of its composition, in the hope that it would give information on its properties, but the relationship between the two is still unclear. This is why the formation step of batteries, an industrial process that is meant to form a SEI of high quality, is optimized empirically. This study starts with the development of an analytical method that allows clear evaluation of the passivation property of the SEI layer. The probe molecule that was selected and essentially detectable through GC/MS enables to follow the passivation property/stability evolution during the first charge/discharge. This method is then applied to different parameters that can be found in the formation process, such as the electrolyte composition - influence of linear carbonates and SEI-reinforcing additives -, temperature, Carbon black content in the electrode and calendaring at a pre-charged state. This evaluation is conducted from lab-scale to industrial-scale cells, and it is completed with other characterization tools such as FTIR, microscopy and impedance spectroscopy.