Thèse soutenue

Etude de nouveaux electrolyte pour batterie tout solide

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Auteur / Autrice : Audric Neveu
Direction : Valérie Pralong
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 09/12/2021
Etablissement(s) : Normandie
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....)
établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
Jury : Président / Présidente : Lorenzo Stievano
Examinateurs / Examinatrices : Valérie Pralong, Renaud Bouchet, Arnaud Perez, Vincent Pelé, Rita Baddour-Hadjean
Rapporteurs / Rapporteuses : Lorenzo Stievano, Renaud Bouchet, Arnaud Perez

Mots clés

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Résumé

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Les batteries lithium-ion sont aujourd'hui un système mature pour le stockage d'énergie. Cependant, des problèmes de sécurité ont été identifiés lors de la commercialisation à grande échelle de cette technologie. La solution la plus prometteuse pour améliorer la sécurité des batteries lithium-ion reste l'utilisation d'un électrolyte solide. Dans ce contexte, de nouveaux électrolytes solides, chimiquement et électrochimiquement stables, montrant une conductivité ionique élevée, doivent être découverts. Dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié de nouvelles phases prometteuses dans le système Li-P-S. La conductivité ionique maximale de 1,86 10-4 S/cm à 25°C est obtenue pour x = 0.09 pour les compositions Li3P1+xS4 (0<x<0.19). Par rapport à la phase Li3PS4 existante, une meilleure interface est formée lorsque le matériau est cyclé par rapport au lithium, et par conséquent de meilleurs capacités déchargée est obtenu dans les batteries tout solide. En explorant le système Li-P-S-O, nous avons également pu former de nouvelles phases de type LGPS Li3.2PS4-xOx (0.15<x<0.6). Malgré une conductivité ionique plus faible observée par la substitution d'oxygène, une meilleure interface est formée lors du cyclage versus lithium, ce qui permet d'obtenir de meilleures performances lors des tests en batteries tout solide, notamment en comparaison avec le matériau de référence Li10GeP2S12. L'effet du dopage avec des halogènes a également été étudié pour le composé Li3.2PS3.7O0.3 et nous avons démontré une amélioration sur l'interface en batteries symétrique. Enfin, un nouveau domaine de stabilité de la structure type LGPS est mis en évidence pour le système Li-B-P-S. La conductivité ionique des composés dans ce système atteint les valeurs de 1,17 10-4 S/cm et une stabilité plus élevée est observée lors du cyclage face au lithium par rapport au Li10GeP2S12. Ces caractéristiques électrochimiques résultent par de meilleures performances lors des tests en batteries tout solide. Cependant, la réactivité élevée de ces matériaux par rapport à l'humidité ne les rend pas approprié comme électrolyte solide.