Batterie au lithium metal à électrolyte copolymère à blocs - Lithium metal battery based on block co-polymere electrolyte – COPOLIBAT

Ce projet a pour objectif d’améliorer les performances des batteries au lithium métal à température ambiante en termes de densité d’énergie et de puissance, de sécurité et de facilité de design, grâce à une nouvelle génération d’électrolytes solides basés sur les copolymères à blocs auto-organisés. Nous proposons de contourner l’inconvénient majeur des électrolytes polymères classiques dont la conductivité et la tenue mécanique varient généralement de façon opposée, en exploitant l’auto-organisation des copolymères à blocs en domaines ordonnés et nanométriques dont les tailles varient de 10 à 100 nm selon le poids moléculaire des blocs. De nombreuses structures différentes sont obtenues en fonction de l'interaction entre les blocs et de leurs proportions volumiques relatives. Les micro-domaines formés peuvent être des sphères, des cylindres, des domaines bi-continus (gyroide, lamelles perforées) ou des lamelles. Les interfaces entre les micro-domaines permettent d’obtenir des propriétés mécaniques semblables à celle d’un solide même si chaque composant ou bloc est bien au-dessus de sa température de transition vitreuse (Tg) et que localement dans chaque domaine nanométrique les mobilités segmentaires sont élevées. L'originalité de notre projet est de proposer des copolymères tri-bloc BAB nano-texturés comme électrolyte solide pour des batteries au lithium fonctionnant à température ambiante. Ce copolymer à blocs consiste en un bloc A qui solubilise le sel de lithium, apportant ainsi une conductivité ionique élevée, tandis que le bloc B donne les propriétés mécaniques ainsi que la stabilité thermique. Le choix pour la chimie des blocs est très large ouvrant ainsi des perspectives importantes pour la création de nouveaux matériaux nano-structurés multifonctionnels. Notre stratégie est de jouer sur la fraction volumique relative des blocs pour favoriser l'auto-organisation du bloc minoritaire en micro-domaines de structure cylindrique ou gyroidale. Il est prévu de greffer des groupes anioniques dans le bloc conducteur pour que l'activité en ions Li+ ne puisse en aucun cas descendre à 0. La présence de quelques % d'anions fixés sur le squelette du du copolymères devraient avoir un effet extrémement positif sur ses propriétés électrochimiques. Le chemin jusqu’à une solution pratique exploitant l'électrolyte polymère solide que nous proposons ici et permettant un fonctionnement à température ambiante, comprend des étapes de recherche fondamentale dans lesquels nous voulons innover, notamment en étudiant l’impact de l'auto-organisation des copolymères à blocs sur le mécanisme de conduction ionique ainsi que sur la limitation de la croissance dendritique.