Développement d’outils analytiques appliqués à l’étude in-situ de matériaux de batteries

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Les batteries Li-ion sont actuellement les batteries rechargeables les plus performantes sur le marché. Cependant, leur densité d’énergie doit être notablement augmentée (d’un facteur 2-3) pour pouvoir répondre pleinement aux nouvelles exigences du marché des véhicules électriques et hybrides rechargeables. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux matériaux d’électrode présentant de hautes capacités de stockage. A ce titre, les anodes À base de silicium et les cathodes À base de soufre sont des candidats très prometteurs car le silicium et le soufre ont des capacités spécifiques théoriques environ 10 fois supérieures À celles des matériaux actifs actuels (graphite et oxydes métalliques). Cependant, ces électrodes présentent une faible tenue en cyclage du fait principalement de leur importante dégradation morphologique au cours du cyclage. De plus, cette dégradation est accentuée pour des électrodes À fort contenu en matière active, ce qui est un prérequis pour atteindre des densités d’énergie concurrentielles. Il est donc hautement pertinent de développer des outils de caractérisation in-situ qui permettront de mieux comprendre et quantifier leur évolution morphologique durant le cyclage. Cette étape est indispensable pour optimiser leur composition et microstructure. Dans le cadre du présent programme de recherche, nous proposons de développer des outils de caractérisation in-situ basés sur la tomographie RX, la dilatométrie et l’émission acoustique. La tomographie RX permettra une reconstruction tridimensionnelle des électrodes afin de visualiser et de quantifier leur évolution morphologique (distribution, taille, tortuosité, connectivité du matériau actif, de la phase carbonée et du réseau poreux) au cours du cyclage. La dilatométrie électrochimique permettra de suivre les variations d’épaisseur de l’électrode et son éventuel effondrement structural. L’émission acoustique permettra d’étudier la fracturation du matériau actif et/ou la fissuration du film composite lors de son cyclage. La conjonction des données expérimentales issues de l’utilisation de ces différents outils analytiques novateurs et complémentaires nous permettra d’avoir une compréhension globale et précise des processus de défaillance de nos anodes de Si et cathodes de Li2S. Cette approche devrait logiquement aboutir À de nouvelles formulations/architectures d’électrodes performantes À fort contenu en matière active qui seront ultimement évaluées au sein de batteries complètes Li2S/Si.