Synthèses et caractérisations de matériaux céramiques, vitreux et vitrocéramiques à base de soufre, utilisables comme électrolytes dans les Batteries « Tout-Solide »Thèse de Doctorat Spécialité Sciences des Matériaux

摘要

Dans les accumulateurs à ions lithium, l’usage des électrolytes liquides organiques soulève de nombreuses questions de sécurité du fait de leur inflammabilité. Le remplacement de ces électrolytes par des composés solides inorganiques a donné lieu il y a une cinquantaine d’années à une nouvelle génération de batteries dites « Tout-Solide ». Dans ce manuscrit sont décrites la synthèse et la caractérisation d’électrolytes solides inorganiques à base de soufre et leur utilisation en batterie Li- et Na-ion. Un intérêt plus particulier a été porté sur une nouvelle famille de conducteurs lithium, les Argyrodites Li6PS5X (X= Cl, Br ou I). Ces composés ont pu être préparés pour la première fois par mécanosynthèse, et l’influence du temps de synthèse sur les caractéristiques structurales, électrochimiques et les propriétés de conduction a été étudiée. La notion de stabilité électrochimique a d’ailleurs été approfondie et un nouveau protocole de mesure a pu être proposé. L’étude de l’interface lithium/électrolyte a montré une grande stabilité de notre électrolyte, et des pertes de contact électrique ont pu être observées à des hautes densités de courant, probablement induites par une croissance dendritique.L’intégration de notre électrolyte en Batterie « Tout-Solide » nous a permis d’identifier certains des différents verrous de cette technologie. A ainsi été étudiée l’influence de la composition des électrodes sur les performances électrochimiques et sur la réactivité LiCoO2/électrolyte par un suivi ex situ de la croissance de la couche isolante à l’interface par spectroscopie d’impédance électronique. L’optimisation des différents paramètres d’assemblage des batteries a permis de délivrer une capacité de 100 mAh/g de LiCoO2 à un régime de 10 C à 150 °C.