Suivi à l'échelle nanométrique de l'évolution d'une électrode de silicium dans un accumulateur Li-ion par STEM-EELS

par Maxime Boniface

Projet de thèse en Physique des materiaux

Sous la direction de Pascale (phys) Bayle-guillemaud et de Said Sadki.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Physique , en partenariat avec Modélisation et Exploration des Matériaux (laboratoire) depuis le 09-10-2014 .


  • Résumé

    La thèse vise au développement de méthodes de caractérisation en microscopie électronique innovantes sur les électrodes négative de silicium pour les batteries Lithium-ion. Ce matériau est prometteur pour la prochaine génération de batteries Li-ion mais les électrodes de silicium souffrent d'une durée de vie très limitée, qui est notamment associée à l'évolution de la couche d'interface electrode/electrolyte, appelée SEI. Les protocoles d'observations classiques de microscopie à transmission sont inapplicables à la SEI, et dans une moindre mesure aux alliages silicium-lithium, car elle est extrêmement sensible à l'irradiation par les électrons. Il est donc nécessaire de mettre en place de nouvelles méthodes permettant d'étudier la morphologie et la composition chimique des électrodes cyclées, notamment grâce à la spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS). Nous proposons également d'étudier la cinétique de dégradation avec une expérience in situ sur une microbatterie à nanofil unique de silicium.

  • Titre traduit

    Nanoscale evolution of silicon electrodes for Li-ion batteries by low-loss STEM-EELS


  • Résumé

    The aim of the thesis is to develop innovative electron microscopy characterization methods on silicon-based electrodes for lithium-ion batteries. This material offers up to 10 times the capacity of commercial graphite but Si-electrodes suffer from short lifespans, notably due to the evolution of the solid electrolyte interface (SEI). Classical observation protocols are not applicable on the SEI, nor to a lesser extent on Si-Li alloys, because they are extremely sensitive to beam damage in the TEM. The development of new methods to study both the morphology and the chemical composition of cycled electrodes is necessary, and will make use of electron energy loss spectroscopy (EELS). Degradation kinetics can also be studied through in situ experiments.