Électrolytes solides pour (micro)batteries Li-(ion) : Élaboration et étude des mécanismes de conduction ionique

Abstract

Dans les batteries tout-solide, l’électrolyte liquide volatil et inflammable est remplacé par un électrolyte solide dans le but d’assurer la sécurité de ces systèmes. Les objectifs de cette thèse sont d’une part, d’évaluer l’intérêt de matériaux à structure antipérovskite comme électrolyte solide pour les batteries au lithium massives et d’autre part,d’améliorer la conductivité ionique de couches minces amorphes de type LiPON en utilisant un second formateur de réseau vitreux. Différents matériaux de structure anti-pérovskite ont été synthétisés, en prenant de nombreuses précautions, ces derniers étant extrêmement hygroscopiques. Le composé Li2HOCl de structure orthorhombique présente une conductivité ionique plutôt faible. Néanmoins, en modifiant légèrement la composition chimique (Li2,1H0,9OCl), il est possible de stabiliser la structure cubique et d’améliorer la conductivité ionique à température ambiante. Une étude approfondie des mécanismes de conduction a été menée en couplant des analyses par Spectroscopie d’Impédance Electrochimique (SIE) et par RMN du solide. Des couches minces de type LiPON et LiSiPON ont été préparées par pulvérisation cathodique radiofréquence à cathode magnétron. Ces dernières peuvent être utilisées en tant qu’électrolyte solide dans les microbatteries au lithium ou bien comme couche d’interface électrode-électrolyte dans des batteries tout solide. Une étude fine des mécanismes de conduction a été menée par SIE et RMN du solide sur des couches minces de LiPON en faisant varier la teneur en azote. Différentes compositions de LiSiPON ont également été préparées et ont permis d’obtenir un optimum de conductivité ionique de l’ordre de 10-5 S·cm-1.