Thèse soutenue

Optimisation de la formulation d'électrodes négatives à base de silicium pour batteries au lithium
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Auteur / Autrice : Zouina Karkar
Direction : Bernard LestriezLionel Roue
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie des matériaux
Date : Soutenance le 16/10/2017
Etablissement(s) : Nantes en cotutelle avec Université du Québec à Montréal
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes)
Jury : Président / Présidente : Mohamed Mohamedi
Examinateurs / Examinatrices : Mathieu Toupin
Rapporteurs / Rapporteuses : Mickael Dollé, Steen Schougaard

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Mots clés libres

Résumé

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L’amélioration des dispositifs de stockage de l’énergie est cruciale pour la transition énergétique. Les batteries lithium-ion (LIB) sont centrales pour leurs fortes densités d’énergie et de puissance. Le développement de LIB de faible coût, avec une grande densité d’énergie et de puissance, et une grande durée de vie fait l’objet d’un travail acharné dans le monde entier. Le silicium est un matériau d’électrode négative prometteur car il possède une capacité spécifique dix fois supérieure à celle de l’état de l’art qui est le graphite. Lors de la (dé)lithiation la (dé)formation d’alliages entre le lithium et le silicium induit des variations de volume du matériau très importantes. Cela entraîne la décrépitation de l’électrode et une faible durée de vie. Le défi de cette thèse a été l’obtention d’électrodes de grammages élevés pour présenter un intérêt industriel, avec une bonne tenue au cyclage. La conception de telles électrodes nécessite d’optimiser ses différents composants afin d’atteindre de bonnes propriétés. Nous avons étudié le rôle du facteur de forme de l’additif conducteur (particule, fibre, plaquette) et de sa distribution dans l’électrode. Nous avons aussi effectué une comparaison minutieuse de deux liants polymères, la carboxyméthyle cellulose et l’acide polyacrylique. Enfin, nous avons montré que l’introduction d’une étape de maturation humide de l’électrode autorise sa densification par calandrage et ainsi permet d’atteindre des capacités volumétriques très supérieures à l’état de l’art. La durée de vie en cyclage reste cependant limitée en raison de l’instabilité de la couche de passivation formée par la décomposition de l’électrolyte.