Étude et caractérisation de l'interface électrode-électrolyte de l'anode de silicium pour les batteries lithium-ion

Leblanc, Dominic (2019). « Étude et caractérisation de l'interface électrode-électrolyte de l'anode de silicium pour les batteries lithium-ion » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en chimie.

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Résumé

L'autonomie autorisée par une batterie lithium-ion traditionnelle dépend de la quantité d'ions lithium que peut accepter l'anode de graphite. Le silicium offre une capacité nettement supérieure à celle du graphite (4200 mAh g-1vs. 372 mAh g-1) mais résiste mal aux cycles de charge et de décharge. L'anode à base de silicium subit une expansion volumique importante durant l'insertion d'ions lithium (-320%), un changement d'état qui conduit rapidement à sa dégradation. L'objectif principal de cette thèse est de concevoir des anodes à base de silicium permettant l'obtention de batteries au lithium à haute densité d'énergie. Hydro-Québec s'est fixé un objectif de performance pour développer un matériau d'anode à base de silicium; il doit posséder une capacité supérieure à 1000 mAh g-1 accompagnée d'une perte de capacité inférieure à 20% après 100 cycles de charge/décharge. La principale difficulté ~ du projet consiste à trouver une solution permettant de faire fonctionner l'anode de silicium sur un grand nombre de cycles de charge/décharge avec une faible perte de capacité. Trois différents matériaux nanométriques sont étudiés : (1) le silicium de grade métallurgique broyé mécaniquement dans un média liquide sous forme de nanopoudre, (2) les nanosphères de silicium produites par évaporation/condensation dans un plasma induit et (3) le SiOx filamentaire produit par un procédé pyrométallurgique. L'utilisation de nanoparticules de silicium permet d'améliorer la résistance du silicium à la fissuration. Les essais de lithiation in situ dans un microscope électronique à transmission ont permis d'observer que les nanoparticules de silicium peuvent accommoder plus facilement la déformation provenant de la lithiation du nanosilicium sans fissurer. Cependant, le seul fait de diminuer la· grosseur des particules de silicium à une taille nanométrique n'améliore pas de façon significative les performances de l'anode de silicium. La surface du silicium est très réactive et sujette au phénomène de perte de capacité irréversible initiale par la passivation de sa surface avec ~ de l'air, le solvant utilisé pour l'enduction et l'électrolyte de la pile. Puisque le comportement en cyclage dépend en grande partie de l'état de surface du silicium, une méthode de modification de surface à l'aide de triméthoxysilanes a été développée afin de créer une SEI «artificielle » à la surface du nanosilicium. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : pile électrochimique, lithium-ion, anode, silicium, silane

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Bélanger, Daniel
Mots-clés ou Sujets: Batteries au lithium-ion / Anodes / Silicium / Nanosilicium / Silane / Piles électriques
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département de chimie
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 26 sept. 2019 12:22
Dernière modification: 26 sept. 2019 12:22
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/12805

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