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Formation of artificial solid electrolyte interphase by radiolysis

Authors :
Fanny, Varenne
Miserque, Frederic
Boulineau, Adrien
Martin, Jean-Frédéric
Dollé, Mickaël
Cahen, Sébastien
Hérold, Claire
Boismain, Florent
Alper, John P.
Herlin-Boime, Nathalie
Le Caër, Sophie
Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS)
Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685)
Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Service de la Corrosion et du Comportement des Matériaux dans leur Environnement (SCCME)
Département de Physico-Chimie (DPC)
CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN)
Institut National de L'Energie Solaire (INES)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Chimie et Electrochimie des Solides
Université de Montréal (UdeM)
Institut Jean Lamour (IJL)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Palacin, Serge
Source :
13th International Conference on Materials Chemistry, 13th International Conference on Materials Chemistry, Jul 2017, Liverpool, United Kingdom
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

International audience; Among energy storage devices, Lithium ion batteries (LlBs) are efficient power sources used for many applications inc1uding mobile microelectronics. However, ageing phenomena are not yet fully understood. These 8henomena are a crucial issue to pro vide safe and stable batteries!. LIBs are usually compbsed of a negative electrode where the active material is graphite, a positive electrode usualli a lithium metal oxide and an organic liquid electrolyte. Ortiz et al. have shown that radiolysis is a powerful tool to simulate the degradation of the latter one in short time: minutes/hours instead of weeks/months by electrolysis (Fig. 1). Moreover, radiolysis allows performing experiments at the picosecond time scale thus giving access to reaction mechanisms. During the first cycles of the battery, the reduced surface of the negative electrode reacts with the electrolyte producing a solid interphase (solid electrolyte interphase, SEI) which is responsible for the capacity loss of the battery. In this work, we investigated the SEI formation by radiolysis at the surface of various carbonaceous materials inc1uding crystalline graphite (lithiated or not) and carbon nanoparticles (amorphous as weIl as organized) prepared by laser pyrolysis. Materials were dispersed in a mixture of carbonate solvents containing LiPF. Composition and morphology of SEI were invesigated by XPS and TEM while the composition of gas and liquid phases was studied by gas chromatography and high resolution mass spectrometry, respectively. We show that an artificial SEI can be produced by radiolysis. We observe always the same degradation mechanisms of the electrolyte but interestingly the SEI composition depends on the carbonaceous material. The artificial SEI formed at the surface of graphite is composed of Li carbonate, oxalate and oligomers of poly(ethylene oxide) while the SEI formed at the surface of carbon nanoparticles contains Li salts as Li$_2$CO$_3$. Radiolysis allows producing materials with modified surface that will be tested as new materials for negative electrode.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Journal :
13th International Conference on Materials Chemistry, 13th International Conference on Materials Chemistry, Jul 2017, Liverpool, United Kingdom
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..afed5d35aa67707b21313ae92eeca649