​Par Thomas F. Clément
Équipe Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)
& LM (CEA-Liten/DEHT/STB)

Les densités d’énergie des accumulateurs au lithium métal actuels restent limitées en raison de la stabilité électrochimique réduite à haut potentiel des électrolytes basés sur le PEO. D'autres familles de polymères ont été étudiées pour pallier à ce problème, montrant une stabilité pouvant atteindre 5V vs Li⁺/Li. Les polycarbonates font partie de ces matériaux. Dans ce contexte, cette thèse décrit la synthèse et le développement de polymères et de copolymères en peigne basés sur le poly(triméthylènecarbonate) (PTMC) pour leur utilisation en tant que matrice hôte polymère de sels de lithium. La synthèse de PTMCs par ROP organocatalysée du TMC est ici décrite et permet d’obtenir une large gamme de masses molaires de faibles dispersités (0,7 kg/mol < Mn < 50 kg/mol. DPn < 1,25). Les caractérisations électrochimiques des électrolytes PTMC/sels de lithium sont développées. Elles permettent l’optimisation de ces électrolytes (nature du sel, concentration, Mn, etc) et de proposer un mécanisme de transport ionique dans les matrices PTMCs. Le développement de la synthèse de copolymères en peigne, basés sur un squelette poly(pentafluorostyrène) (PPFS) et des chaînes latérales PEOs et PTMCs (PPFS-g-PEO & PPFS-g-PTMC), permet de pallier aux faibles valeurs du module d’Young des homopolymères tout en gardant une dynamique de chaînes latérales importantes, favorable au transport ionique. A longueurs équivalentes de chaînes PTMCs (et Mn > 1,9 kg/mol), les électrolytes PPFS-g-PTMC/LiTFSI ont une conductivité ionique similaire à celle des électrolytes homopolymères PTMC/LiTFSI. De plus, la comparaison des électrolytes copolymères basés sur des chaînes latérales PEOs & PTMCs de DPn similaires montre une conductivité identique pour T > 60°C. Nos études constituent donc une preuve de concept de l'utilisation de ces matériaux basés sur les polycarbonates en tant qu’électrolytes polymères pour batterie lithium métal.