Thèse soutenue

Étude de la stabilité des interfaces dans les batteries tout-solide au lithium
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Auteur / Autrice : Cédric Barcha
Direction : Christian MasquelierVincent SeznecNathalie Delpuech
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie. Chimie des solides et sciences des matériaux
Date : Soutenance le 17/12/2021
Etablissement(s) : Amiens
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de réactivité et chimie des solides (Amiens)
Jury : Président / Présidente : Annie Pradel
Examinateurs / Examinatrices : Rémi Dedryvère, Dominique Guyomard
Rapporteurs / Rapporteuses : Fermín Cuevas, Frédéric Le Cras

Mots clés

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Résumé

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La croissance rapide du marché des véhicules électriques ainsi que la demande grandissante de stockage d'énergie dans le monde impliquent le développement de batteries à haute densité d’énergie. L’augmentation de la densité d’énergie dans les batteries passe par exemple par l’utilisation du lithium métallique (capacité spécifique ≈ 3860 mAh.g-1) à l’électrode négative. À ce titre, les technologies "tout solide" à base d'électrolytes solides soufrés, telle que l'argyrodite Li6PS5Cl, sont envisagées comme très prometteuses. Des verrous scientifiques majeurs ont été identifiés pour cette nouvelle technologie. Par exemple, mise en contact avec le lithium métallique, l'argyrodite (Li6PS5Cl) est réduite en Li2S, LiCl et Li3P, conduisant à la formation d'une interphase résistive non contrôlée. En plus de la stabilité chimique, la stabilité mécanique de cette interface est également un problème majeur, pouvant conduire à la formation de dendrites durant cyclage électrochimique. Les travaux de recherche de cette thèse, menée en collaboration avec le Groupe Renault, avaient pour but principal de comprendre et maîtriser l'interface Li6PS5Cl /lithium métallique. Dans un premier temps, la stabilité mécanique de cette interface et l'impact de la pression sur les performances électrochimiques ont été étudiés. Ces études ont démontré l'importance de la pression de fabrication, ainsi que la pression appliquée durant cyclage, sur la conductivité ionique, ainsi que sur la stabilité électrochimique en cellules symétriques et batteries tout solide. Dans un second temps, via une méthode de coating en solution, l'utilisation d'une couche protectrice de chlorure de lithium (LiCl), stable vis-à-vis du lithium métallique et de l'argyrodite, a démontré des résultats très prometteurs. En effet, des analyses XPS montrent une diminution de la dégradation chimique de l'argyrodite vis-à-vis du lithium métallique. Des dépôts par Atomic Layer Deposition d'Al2O3 ou Li3PO4 sur des pastilles d'argyrodite, ont également permis de démontrer une réduction de la dégradation chimique de l'argyrodite, à courant nul