Elaboration de matériaux composites pour batteries tout-solide

Development and processing of composite materials for all-solid batteries

• Auteur / Autrice : Ilias Maniatis
• Direction : Cyrille Sollogoub, Stéphane Delalande
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur spécialité Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pimm - Laboratoire Procédés et ingénierie en mécanique et matériaux
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Conservatoire national des arts et métiers (France)

Mots clés

Mots clés libres

Batteries tout solide

Extrusion

Composites

All-solid-state batteries

Extrusion

Composites

Résumé

Les batteries tout solide sont présentées comme la solution du futur pour répondre à la demande croissante de systèmes de stockage d'énergie de grande capacité. La mise sur le marché de batteries tout-solide nécessite en particulier le développement de techniques de mise en œuvre de ses composants (électrodes et électrolytes solides) pour une production massive, efficace et à faible empreinte environnementale. Ce travail de thèse vise à développer des méthodes alternatives de fabrication par voie fondue en extrusion, plus productives et écoresponsables, et moins consommatrices d'énergie. Le travail de la thèse débutera par le choix des matériaux composites (formulations des mélanges de matières actives, de liants polymères et de charges conductrices), ainsi que de leur caractérisation rhéologique. Il se poursuivra par l'optimisation de la fabrication à partir des formulations sélectionnées des différentes composantes de la batterie et de leur assemblage. Des études microstructurales systématiques permettront de mettre en évidence les effets des différents paramètres du procédé. Enfin, les performances électrochimiques de la batterie (conductions électronique et ionique) seront évaluées et reliées à la microstructure générée par le procédé.

All-solid-state batteries are presented as the solution of the future to meet the growing demand for high-capacity energy storage systems. Bringing all-solid-state batteries to market requires in particular the development of techniques for processing their components (electrodes and solid electrolytes) for mass production, efficiently and with a low environmental footprint. The aim of this thesis is to develop alternative melt processes such as extrusion that are more productive and consume less energy. The thesis will start with the choice of composite materials (formulations of blends of active materials, polymer binders and conductive fillers), as well as their rheological characterization. It will then go on to optimize the process of the various battery components and their assembly using the selected formulations. Systematic microstructural studies will highlight the effects of different processing parameters. Finally, the electrochemical performance of the battery (electronic and ionic conductivity) will be evaluated and linked to the microstructure generated by the process.