Composés à base de silicium ultra-divisé pour électrodes négatives d'accumulateur lithium ion

Nano-sized silicon\Carbon composite as negative electrode for lithium ion batteries

• Auteur / Autrice : Mélanie Alias
• Direction : Thierry Brousse, Frédéric Le Cras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôt chimique en phase vapeur

Émission acoustique

Mots clés libres

Batteries Lithium-ion

Electrodes négatives

Silicium

Atomisation

Greffage

Résumé

Actuellement, le silicium apparaît comme le matériau d'électrode négative le plus prometteur grâce à sa capacité spécifique théorique de 3580Ah/g mais présente une expansion volumique jusqu'à +280% lors de l'insertion du lithium qui provoque la pulvérisation des particules. La première partie de la thèse consiste à étudier les contraintes engendrées par les fluctuations répétées durant le cyclage à l'aide de la technique d'émission acoustique. Les phénomènes de passivation et d'insertion du lithium sont étudiés pour des tailles de particules différentes. Une autre partie s'est focalisée sur la synthèse de composite C/Si pour atténuer ces phénomènes de dégradation. Plusieurs voies sont envisagées : le silicium sur carbone, le silicium dans une matrice carbonée, ou greffage de silicium et de carbone. La première technique est un dépôt en phase vapeur avec tambour à partir de silane. La synthèse de matrice carbonée incorporant des poudres nanométriques de silicium passe par une étape d'atomisation. La méthode de greffage consiste à lier le carbone et le silicium grâce à un pont chimique. Le comportement électrochimique des composites est analysé pour chaque technique de synthèse.

Currently, Silicon appears as the most attractive anode material due to its large theoretical capacity of 3580mAh/g, but presents also a volume expansion until +280% during lithium insertion. This undergoes the pulverisation of particles. The purpose of this work is to evaluate mechanic strains depending Li/Si ratio during cycles by acoustic emission. Passivation and insertion phenomena are studied for different size of particles. A second work consists to create a Si/C composite in order to attenuate electrode degradation. Several solutions are investigated : silicon-coated carbon, silicon in a carbon matrix and grafting between silicon and carbon. Chemical vapour deposition is using silane as the precursor gas. The spray drying produces Si/carbon matrix. Grafting allows to create a covalent bond between silicon and carbon. For each compound, electrochemical performances are investigated.