CONTRAT DOCTORAL - Protection de l'anode Lithium pour batteries lithium métal, sécures et de hautes performances.

par Justine Touja

Projet de thèse en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Laure Monconduit et de Lorenzo Stievano.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques Balard , en partenariat avec ICGM - Institut Charles Gerhardt de Montpellier (laboratoire) et de AIME - Agrégats, Interfaces, Matériaux pour l'Energie (equipe de recherche) depuis le 30-09-2018 .


  • Résumé

    Le lithium métal (LM) est un matériau anodique idéal pour les batteries rechargeables du fait de sa très forte capacité spécifique théorique (3860 mA h/g), sa faible densité (0,59 g/cm3) et son potentiel électrochimique très réducteur (-3,04 V EHS). Malheureusement, la croissance dendritique incontrôlable de Li et l'efficacité coulombique limitée pendant le fonctionnement des batteries ont empêché leurs applications pratiques au cours des 40 dernières années, l'alternative ayant été les batteries Li-ion, moins énergétiques mais plus sécures. Les batteries LM, à haute densité d'énergie, restent un fascinant challenge qui a très récemment motivé de nombreuses recherches. Dans cette thèse plusieurs stratégies seront utilisées pour protéger l'anode de Li vis-à-vis de l'instabilité de l'électrolyte organique à l'interface avec le Li métal : i) l'enrobage de lithium dans une matrice 3D présentant une conductivité ionique, une stabilité chimique et mécanique importante, ii) l'utilisation d' électrolytes très concentrés en sels afin de supprimer la formation de dendrites et iii) la stabilisation de l'interface lithium/électrolyte par l'ajout d'additifs ou en formant in situ un alliage LixM (M=In, Zn, Bi). Ces approches permettront de jouer sur les densités de courant, de diminuer les changements volumiques et de renforcer la SEI afin de de sécuriser des batteries Li métal de haute densité d'énergie.

  • Titre traduit

    Lithium anode protection for safe and efficient lithium metal batteries.


  • Résumé

    Lithium metal (LM) is an ideal anode material for rechargeable batteries because of its very high specific theoretical capacity (3860 mAh/g), its low density (0.59 g/cm3) and its highly reducing electrochemical potential (-3.04 V EHS). Unfortunately, Li's uncontrollable dendritic growth and limited coulombic efficiency during battery operation have hindered their practical applications over the last 40 years, the alternative being Li-ion batteries, which are less energy efficient but more secure. LM batteries, with their high energy density, remain a fascinating challenge that has recently motivated a great deal of research. In this thesis several strategies will be used to protect the Li anode vis-à-vis the instability of the organic electrolyte at the interface with Li metal: i) the coating of lithium in a 3D matrix with a high ionic conductivity, significant chemical and mechanical stability, ii) the use of electrolytes highly concentrated in salts in order to suppress the formation of dendrites and iii) the stabilization of the lithium / electrolyte interface by the addition of additives or in situ forming LixM alloy (M = In, Zn, Bi). These approaches will allow us to play on current densities, reduce volume changes and strengthen the SEI in order to secure Li metal batteries with high energy density.