Soutenance de thèse de Mlle Juliette Charbonnel

Résumé : Actuellement, la technologie des batteries tout-solides suscite un grand engouement, car elle représente une des voies crédibles pour franchir la barrière des 400Wh/kg. En améliorant la sécurité, cette technologie permet l’intégration du lithium métal et des matériaux cathodiques les plus énergétiques. Les arguments généralement évoqués sont : Comme l’électrolyte est solide, il n’y a pas de SEI et sans SEI, il n’y a pas de réaction initiant l’emballement thermique. L’électrolyte solide peut être considéré comme inerte thermiquement, ce qui diminue considérablement l’énergie de réaction de la batterie. Pour être performants, les électrolytes solides doivent être très peu poreux, ce qui supprime les voies de passage des dendrites lors des charges rapides. Malheureusement ces arguments sont principalement des hypothèses peu vérifiées. Par ailleurs, bien que très séduisantes, les technologies tout-solides posent d’importants problèmes techniques, comme la mise en œuvre d’électrolytes très peu poreux et très fins (5 à 20 µm). De plus, il existe plusieurs familles d’électrolytes solides comme les polymères conducteurs, les oxydes ou les sulfures. De ce fait, il est difficile d’identifier d’ores et déjà le matériau gagnant, d’autant plus que pour évaluer la sécurité d’une solution, il faut actuellement tester des cellules de dimensions représentatives comme des 18650. Ainsi, l’objectif de la thèse sera de déterminer le niveau de sécurité des nouvelles technologies en évaluant le potentiel de chaque matériau et de les comparer à des technologies plus classiques. Il a été démontré que l’énergie d’emballement thermique est égale à la somme des énergies des réactions chimiques et électrochimiques contenues dans la cellule. En s’appuyant sur cette méthodologie, la thèse identifiera le potentiel sécuritaire des nouvelles technologies tout-solides. Pour cela, d’un point de vue expérimental, des caractérisations comme la DSC, l’ATG et la calorimétrie seront mises en œuvre pour identifier la réactivité des matériaux d’une cellule ainsi que leurs interactions. A partir de ces valeurs et des modèles développés en interne au CEA, la thèse proposera un changement d’échelle pour prédire la cinétique de réaction d’une cellule et ainsi prédire le potentiel sécuritaire d’une technologie avant la réalisation d’une cellule réelle. Ce qui permettra d’apporter des éléments pour l’émergence d’une nouvelle technologie. Finalement, la thèse proposera une méthodologie permettant d’évaluer de nouveaux matériaux pour l’ensemble des technologies de batteries lithium-ion comme par exemple les technologies gélifiées, ou les nouveaux coatings de matériaux actifs.