Relations structure-lithiation-performances dans les anodes de batteries Li-ion à base de silicium poreux

Description :
Doctorante : Roza Latifi

Directeur de recherche : Abderraouf Boucherif
Codirecteur de recherche : Denis Machon
Président de jury : À être confirmé

Résumé : 

La demande croissante en batteries lithium-ion à haute densité énergétique a suscité un intérêt considérable pour les anodes à base de silicium en raison de leur capacité théorique exceptionnellement élevée. Toutefois, les importantes variations volumiques lors de la lithiation entraînent une dégradation structurale, la formation d’une couche d’interphase solide-électrolyte (SEI) instable ainsi qu’une perte rapide de capacité. Le silicium mésoporeux permet une meilleure accommodation des variations de volume, bien que sa grande surface spécifique favorise également les réactions parasites avec l’électrolyte. Afin de relever ces défis, cette thèse explore deux stratégies complémentaires visant à stabiliser les anodes en silicium mésoporeux : le contrôle électrochimique du comportement de lithiation dans des batteries conventionnelles et l’ingénierie d’architectures monolithiques en silicium poreux.

Les résultats démontrent que le contrôle du degré de lithiation constitue un paramètre essentiel pour limiter la dégradation irréversible des électrodes riches en silicium, tandis que les architectures monolithiques en silicium poreux modifiées par ingénierie thermique permettent d’améliorer significativement la stabilité en cyclage et les performances à haute puissance. Dans l’ensemble, ces travaux mettent en évidence le fort potentiel du silicium mésoporeux optimisé pour les batteries lithium-ion de nouvelle génération et les microbatteries sur puce.