Synthèse, caractérisations et évaluation de matériaux autosupportés à base de silicium pour batteries lithium-ion

Synthesis, characterization and evaluation of silicon-based free-standing materials for lithium-ion batteries

• Auteur / Autrice : Julia Wagner
• Direction : Sandrine Berthon-Fabry, Katia Guerin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
• Date : Soutenance le 12/12/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Procédés, Énergies Renouvelables et Systèmes Énergétiques. Sophia-Antipolis
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Flahaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Berthon-Fabry, Katia Guerin, Camelia Matei Ghimbeu, Dominique Bégin, Sébastien Cahen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Camelia Matei Ghimbeu, Dominique Bégin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrodes

Carbone

Silicium

Batteries lithium-ion

Mots clés libres

Batterie lithium-Ion

Anode

Autosupporté

Silicium

Carbone

Lithium-Ion battery

Anode

Freestanding

Silicon

Carbon

Résumé

Les batteries Li-ion sont un moyen de stockage d'énergie efficace. Mais le procédé actuel de fabrication des électrodes est complexe et implique d'ajouter de la matière inactive électrochimiquement dans l'électrode. Cette thèse propose de développer des matériaux d'électrodes autosupportées actifs électrochimiquement à 100% et pouvant être utilisés tels quels dans la pile. Pour cela, une matrice poreuse de C-SiOxCy est synthétisée. Le silicium sert le cœur actif: il capte et restitue une quantité importante d'ions u+. Lecarbone achemine les électrons dans l'électrode et la présence de porosité permet le déplacement des ions u+. Un revêtement de TiO2 est déposé sur la matrice pourstabiliser l'interface. Les propriétés physicochimiques et électrochimiques de chaque composante ont été étudiées. Enfin, des caractérisations physicochimiques et électrochimiques ont été réalisées sur le matériau final C-SiOxCy-TiO2 pour évaluer son comportement d'électrode autosupportée.

Li-ion batteries are an efficient means of energy storage. But the current electrode manufacturing process is complex and involves adding electrochemically inactive material to the electrode. This thesis proposes to develop self-supported electrode materials that are 100% electrochemically active and can be used as such in the battery. To this end, a porous C-SiOxCy matrix is synthesized. Silicon acts as the active core, capturing and releasing large quantities of u+ ions. Carbon carries electrons into the electrode, and the presence of porosity allows u+ ions to move around. A TiO2 coating isdeposited on the matrix to stabilize the interface. The physicochemical and electrochemical properties of each component were studied. Finally, physicochemical and electrochemical characterizations were carried out on the final C-SiOxCy-TiO2 material to assess its behavior as a self-supported electrode.