Soutenance thèse Lucas Trassart

Les batteries tout-solide sont considérées comme une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion classiques, car elles permettent une amélioration de la densité d’énergie, avec l’utilisation du lithium métal et de la sécurité avec l’absence de composés volatils. Toutefois, leur développement nécessite de lever plusieurs verrous scientifiques, notamment la faible stabilité chimique et électrochimique des matériaux et des interfaces, ainsi que les contraintes mécaniques induites par l’intercalation du lithium dans les matériaux actifs lors du cyclage.

Cette étude a pour objet l’élaboration et la caractérisation d’un électrolyte hybride, comprenant un électrolyte solide, de type thiophosphate Li₆PS₅Cl, et un polymère, de type PVDF_x-HFP_y. L’objectif premier est d’améliorer les propriétés mécaniques de la batterie tout solide tout en conservant de bonnes propriétés de conduction ionique. Deux voies de mise en forme ont été évaluées, par mélange de poudres à sec et par mélange en voie solvant. La nature chimique et le pourcentage de polymère, la nature du solvant utilisé et les pressions de mise en forme ont été des paramètres importants de l’étude. En effet, une fois introduits, les polymères influencent de manière notable la conductivité ionique et la stabilité chimique, mécanique et électrochimique de l’électrolyte hybride. Les résultats obtenus sur les électrolytes hybrides montrent que l’utilisation d’une faible proportion de polymère dans la matrice de Li₆PS₅Cl permet une amélioration de la stabilité mécanique tout en maintenant une conduction ionique élevée, bien qu’impactée.

En parallèle de cette étude, nous nous sommes intéressés à l’élaboration et la caractérisation d’une électrode composite positive tout-solide, Li₆PS₅Cl, (PVDF_x-HFP_y) et NMC622. L’électrode composite a ainsi été l’objet d’une attention particulière, puisque ses performances électrochimiques reposent sur une très bonne percolation ionique et électronique provenant du mélange intime entre ces deux composés. Plusieurs paramètres ont été évalués tels que le protocole de cyclage (CCCV), la pression, l’impact de l’additif carboné, etc.

Pour analyser et comprendre ces systèmes complexes, une approche expérimentale combinant des caractérisations électrochimiques et physico-chimiques a été mise en place. Ainsi, la spectroscopie d’impédance électrochimique a permis d’évaluer les conductivités ioniques, tandis que la voltamétrie cyclique et le cyclage galvanostatique ont été employés pour évaluer les performances électrochimiques. En complément, des méthodes de caractérisation avancées, telles que la spectroscopie de photoémission des rayons X (XPS), la spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB) et la résonance magnétique nucléaire (RMN), ont permis d’étudier la chimie de surface, la structure cristalline et la morphologie des électrolyte hybrides et des électrodes composites avant et après passage de courant.