Dispersed polypyrrole latex as a cathode material for all-solid-state lithium batteries

Laboratoire d'ionique et d'électrochimie du solide de Grenoble, 1130, rue de la Piscine, BP 75, 38402 Saint-Martin-d'Hères, France.

Abstract

Fine bare polypyrrole latex (200 nm sized) was obtained by improved synthesis conditions. This new electronically conducting electroactive material was dispersed in a polyoxyethylene solid salt solution and used as a battery cathode together with a polymer electrolyte film and a lithium sheet in a threelayered system. The resulting battery behaves very well at low current densities though an incomplete dispersion of the latex has been seen from studies on symmetrical cells (using latex composite for both electrodes). A self-discharge problem for the lithium cells arose only before the first discharge and during subsequent charge processes. A previously described theoretical model was used to estimate the ionic diffusion coefficient within the polypyrrole particles. The very low value - 10^-13 cm².s^-1 - obtained explains the poor performances of this material at moderate current densities.

Résumé

Des conditions opératoires améliorées permettent d'obtenir de fines particules sphériques et nues de polypyrrole, d'un rayon homogène de 100 nm. Ce matériau est ensuite dispersé dans une solution solide de perchlorate de lithium dans du polyoxyéthylène et utilisé comme cathode de batterie "couches minces" en association avec une feuille d'électrolyte polymère et une feuille de lithium. Le système obtenu fonctionne convenablement pour de basses densités de courant bien que la dispersion ne soit pas parfaite comme l'atteste des tests sur des cellules symétriques (comprenant deux électrodes de polypyrrole dispersé). Un problème d'auto-décharge pour les systèmes au lithium survient avant la première décharge ainsi que durant les recharges. Un modèle théorique conçu pour ce genre de cathode à conduction mixte permet d'estimer le coefficient de diffusion ionique au sein des particules de polypyrrole. La faible valeur obtenue (10^-13 cm².s^-1) explique les mauvaises performances de ce matériau de cathode pour des densités de courant modérées.