Analyse des interfaces de batteries tout solide pour des applications véhicules électriques et energies renouvelables

par Julien Morey

Thèse de doctorat en Chimie physique

Sous la direction de Herve Martinez et de Lénaïc Madec.

Soutenue le 15-12-2022

à Pau , dans le cadre de École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques) , en partenariat avec Institut des sciences analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux (laboratoire) et de Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux (laboratoire) .

Le jury était composé de Anne-Marie Gonçalves, Christian Jordy, Gérôme Godillot.

Les rapporteurs étaient Mario El Kazzi, Thierry Djenizian.

mots clés

• Interfaces
• Analyse de surface
• Electrochimie
• Batteries tout solide

Résumé

Les interfaces sont la clef pour améliorer les performances et la durée de vie des batteries dîtes « tout-solide ». Jusqu'à présent leur études reste très difficiles car elles sont enterrées dans la batterie. L'objectif de ma thèse est de développer des méthodes analytiques pour caractériser les interfaces solide/solide et plus particulièrement surmonter les difficultés d'accès aux interfaces enfouies par la réalisation de coupe transverse. Résultats : une méthode de préparation par faisceau d'ion argon a été élaborée sur un système modèle et caractérisée par des méthodes spectroscopiques (XPS, AES, SAM) et spectrométriques (ToF-SIMS). Il en résulte que la méthode appliquée au système modèle n'inflige pas de dégâts à la nouvelle surface crée, ce qui valide cette approche pour l'analyse des interfaces solide/solide enfouies dans les batteries tout-solide. Valorisation : - Lopez, I.; Morey, J.; Madec, L.; Ledeuil, J.-B.; Martinez H.; A critical discussion on the analysis of buried interfaces in Li solid-state batteries, Manuscrit envoyé au Journal of Materials Chemistry A - Session poster au Journées de Spectroscopies d'Electrons 2021 (JSE 2021)

mots clés

• Surface analysis
• Interfaces
• Electrochemistry
• All solid state batteries

Titre traduit

Analysis of solid-state battery interfaces for electric vehicle and renewable energy applications

Résumé

Interfaces are critical element for all-solid-state batteries performance and lifetime but their study remains very challenging so far because they are buried in the entire battery stack. The objective is to develop analytical methods to characterise such solid/solid interfaces and particularly to overcome the challenge in accessing buried interfaces through cross-section preparation. Results : An argon ion beam preparation method was developed on a model system and characterized by spectroscopic (XPS, AES, SAM) and spectrometric (ToF-SIMS) methods. The application of this method on a model system does not inflict damage on the newly created surface which validate this approach for the analysis of buried solid/solid interfaces in all-soli-state batteries Valorization : - Lopez, I.; Morey, J.; Madec, L.; Ledeuil, J.-B.; Martinez H.; A critical discussion on the analysis of buried interfaces in Li solid-state batteries, Submitted Manuscript in Journal of Materials Chemistry A - Poster session in French Annual Workshop on Electron Spectroscopy 2021