Le rôle des polymères dans les batteries tout-solide et leur mise à l'échelle
Auteur / Autrice : | Ronan Chometon |
Direction : | Jean-Marie Tarascon, Christel Laberty-Robert, Marc Deschamps |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique et chimie des matériaux |
Date : | Soutenance le 23/04/2024 |
Etablissement(s) : | Sorbonne université |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Chimie du solide et de l'énergie (Paris ; 2014-....) |
Jury : | Président / Présidente : Cristina Iojoiu |
Examinateurs / Examinatrices : Felix Richter, Florencia Marchini, Anthony Bonnet | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Cristina Iojoiu, Marnix Wagemaker |
Mots clés
Résumé
Dans un contexte de transition vers les énergies renouvelables et d'électrification de la mobilité, les batteries sont un rouage indispensable à cette transformation. Alors que la technologie lithium-ion est aujourd'hui largement établie, la course à la performance en matière de densité d'énergie mise sur les batteries tout-solide, encore à l'état de prototype. Elles sont basées sur le principe du transfert de charge au travers de contacts purement solides, complexes à former et à maintenir, et donc sources de nombreux problèmes associés à leur fonctionnement. La mise à l'échelle des procédés de fabrication des batteries tout-solide est particulièrement critique et nécessite un changement de stratégie d'assemblage, en abandonnant le format en pastille pour tendre vers un montage en feuillets. Dans ce contexte, nos travaux de recherche ont porté sur le rôle des polymères dans l'adaptation du procédé d'assemblage, en tant que liant des particules inorganiques. Nous avons exploré deux stratégies qui se distinguent par rapport à la nature de ce liant, pouvant être conducteur ou non des ions lithium. Dans une première approche, l'électrolyte polymère PEO:LiTFSI a été utilisé pour préparer des films autosupportés d'électrolyte hybride à haut taux de charges inorganiques Li6PS5Cl, suivant un procédé à sec. L'instabilité des deux électrolytes en contact génère cependant une interphase trop résistive pour assurer une conduction ionique conjointe au sein de l'hybride. Dans un souci de simplification du système, une nouvelle approche a été adoptée, se basant sur un liant non conducteur, le PVDF-HFP, pour la préparation et le coulage en bande d'une encre afin d'obtenir des films d'électrodes et de séparateurs. Une optimisation minutieuse des paramètres a permis d'obtenir des résultats encourageants puisque que proches du système de référence ne contenant pas de liant, et ce même à basse pression de cyclage. La fiabilité du procédé développé au cours de cette thèse ouvre maintenant la voie vers l'assemblage de cellules tout-solide complètes, intégrant une anode à haute densité d'énergie telle que le lithium métal.