| Synthèse d'électrolytes solides à base de sulfures pour la confection de batteries tout solide (Synthesis of sulfide-based electrolytes for all-solid-state batteries) | ||
El Marsi, Hanane - (2025-10-21) / Université de Rennes - Synthèse d'électrolytes solides à base de sulfures pour la confection de batteries tout solide Langue : Français Directeur de thèse: Calvez, Laurent; Le Coq, David Laboratoire : ISCR Ecole Doctorale : MATISSE Thématique : Chimie, minéralogie, cristallographie | ||
Mots-clés : Electrolytes solides, argyrodite Li6PS5Cl, argyrodite nitrurée, conductivité ionique, densité de courant critique, Électrolytes solides, Conduction ionique Résumé : La transition vers les véhicules électriques et la demande croissante en dispositifs de stockage d’énergie imposent le développement de batteries à haute densité énergétique. Dans ce contexte, les batteries tout-solide offrent une alternative prometteuse aux systèmes à électrolyte liquide grâce à une sécurité accrue et à leur compatibilité avec une anode en lithium métallique. Parmi les électrolytes solides, les sulfures de type argyrodite Li6PS5Cl, se distinguent par leur excellente conductivité ionique. Cependant, la formation potentielle de dendrites de lithium à l’intérieur des électrolytes, ainsi que leur décomposition partielle sous forme de Li2S, LiCl et Li3P, constitue un défi majeur à résoudre pour envisager des applications industrielles. Pour y remédier, une nouvelle stratégie reposant sur l’incorporation d’azote dans le système argyrodite est proposée afin de former une interphase stable riche en Li3N. Plusieurs compositions chimiques ont été synthétisées par broyage mécanique suivi d’un recuit thermique. L’analyse de la pureté de phase révèle que la composition Li5,875PS4,875Cl0,75N0,125 conserve la structure argyrodite sans formation de phases secondaires. Les mesures d’impédance électrochimique montrent une conductivité ionique supérieure à 10-3 S.cm-1 à température ambiante, accompagnée d’une conductivité électronique très faible (1,5 × 10-9 S.cm-1). De plus, l’évaluation de la densité de courant critique confirme que cette composition permet une amélioration de 30 % par rapport à l’argyrodite Li6PS5Cl non modifiée. Résumé (anglais) : The transition to electric vehicles and the growing demand for energy storage devices necessitate the development of high–energy-density batteries. In this context, all-solid-state batteries offer a promising alternative to liquid-electrolyte systems owing to their improved safety and compatibility with lithium-metal anodes. Among solid electrolytes, sulfide-based argyrodites such as Li6PS5Cl exhibit excellent ionic conductivity. However, the potential formation of lithium dendrites within the electrolyte, as well as its partial decomposition into Li2S, LiCl and Li3P, represents a major challenge to overcome for industrial applications. To adress this issue, we propose a new strategy based on nitrogen incorporation into the argyrodite framework in order to form a stable Li3N-rich interphase. Several chemical compositions were synthesized by mechanical milling followed by thermal annealing. Phase-purity analysis reveals that composition Li5,875PS4,875Cl0,75N0,125 preserves the argyrodite structure without secondary phases. Electrochemical impedance measurements show an ionic conductivity above 10-3 S.cm-1 at room temperature, combined with a very low electronic conductivity (1,5 × 10-9 S.cm-1). Furthermore, critical current density evaluation confirms that this composition achieves a 30% improvement compared to unmodified. Identifiant : rennes1-ori-wf-1-21677 | ||
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