Élaboration et caractérisation de matériaux à base de silicium pour la fabrication d'anodes de pile lithium-ion

L'autonomie autorisée par une batterie lithium-ion traditionnelle dépend de la quantité d'ions de lithium que peut accepter l'anode de graphite. Le silicium offre une capacité nettement supérieure à celle du carbone, 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, un changement d'état qui conduit rapidement à sa dégradation. Le but de ce projet est de concevoir des anodes à base de silicium permettant l'obtention de batteries au lithium à haute densité d'énergie. La principale difficulté 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. L'utilisation de nanoparticules de silicium a permis de constater une nette amélioration dans la résistance du silicium à la fissuration au microscope électronique à balayage in situ. Cependant, le seul fait de diminuer la grosseur des particules de silicium à une taille nanométrique n'améliore pas significativement les performances de l'anode de silicium. Le silicium est sujet au phénomène de perte de capacité irréversible initiale à cause de la passivation de sa surface par l'oxygène de l'air. De plus, les nanoparticules ont tendance à s'agglomérer et se fusionner durant leur lithiation. Des teneurs élevées en oxygène semblent avoir un effet bénéfique sur la stabilité de l'anode de silicium en cyclage. Il semble que la couche de passivation (SEI) joue un rôle critique sur la rétention de la capacité de l'anode de silicium soit en protégeant la surface des particules, soit en aidant à conserver l'intégrité de l'électrode composite.\ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : pile électrochimique, lithium-ion, anode, silicium