Doctorant en Nanocharacterization par traçage isotopique du lithium pour batteries Li-ion

Le Centre national de la recherche scientifique est un organisme public de recherche pluridisciplinaire placé sous la tutelle du ministère de l’Enseignement supérieure et de la Recherche. Créé en 1939 et dirigé par des scientifiques, il a pour mission de faire progresser la connaissance et être utile à la société dans le respect des règles d’éthique, de déontologie et d’intégrité scientifique.

Sujet de thèse :
Grâce à leurs densités d'énergie très élevées et à leur longue durée de vie, les batteries lithium-ion (Li-ion) constituent l'une des technologies de stockage d'énergie les plus prometteuses. Le développement d'applications telles que les véhicules électriques ou les réseaux électriques intelligents exige des densités d'énergie accrues et le maintien des capacités au cyclage, tout en imposant des exigences de sécurité renforcées.
Parmi les matériaux candidats pour l'électrode négative, le silicium représente l'une des alternatives les plus intéressantes au graphite en raison de son abondance naturelle et de sa densité d'énergie élevée (3579 mAh/g contre 372 mAh/g pour le graphite). Depuis une dizaine d'années, le silicium fait l'objet d'un nombre croissant d'études. Des travaux antérieurs ont mis en évidence une dégradation continue et incontrôlée de l'électrolyte liquide à la surface des particules de silicium ; ce phénomène joue un rôle majeur dans les mécanismes de défaillance et est responsable de la fin de vie de la batterie. Il apparaît donc nécessaire de comprendre et de maîtriser les réactions parasites qui dégradent le sel et les solvants de l'électrolyte, ainsi que la composition de la couche de passivation formée en surface, afin d'optimiser le comportement des batteries.

La thèse proposée s'inscrit dans le cadre du projet ANR CALISToM, en collaboration avec le CEA-LITEN (Grenoble) et le LIST (Luxembourg). Ces travaux de thèse viseront à caractériser la dynamique de formation et d'évolution des couches de passivation en suivant la mobilité et le piégeage des ions Li, dans le cas de silicium cyclé au sein de demi-cellules et de cellules complètes. L'impact de la pré-lithiation du silicium sur l'évolution de la couche de passivation et sur les performances électrochimiques sera ensuite évalué pour des cellules complètes silicium/NMC. L'objectif principal de cette thèse sera de combiner différentes techniques de caractérisation (RMN-MAS, mais aussi XPS, mesures d'impédance, microscopie et mesures électrochimiques) afin d'obtenir des informations à la fois qualitatives et quantitatives sur la composition chimique et les propriétés physico-chimiques de la couche de passivation. Les recherches proposées visent à développer et à mettre en œuvre une méthodologie fondée sur des techniques de RMN du solide (7Li et 6Li) et sur le traçage du lithium, afin de mieux comprendre sa mobilité au sein de l'interface couche de passivation/matériau d'électrode et d'étudier son piégeage grâce à une description détaillée du phénomène. Des analyses par spectroscopie XPS et SIMS ainsi que par profilométrie seront réalisées sur la surface des électrodes afin d'obtenir des informations complémentaires sur la structure chimique de la couche de passivation. En particulier, la technique SIMS à haute résolution sera mise en œuvre tant en surface des échantillons que sur des coupes transversales (ré
Voir plus sur le site emploi.cnrs.fr...

Le Centre national de la recherche scientifique est l’une des plus importantes institutions publiques au monde : 34 000 femmes et hommes (plus de 1 000 laboratoires et 200 métiers), en partenariat avec les universités et les grandes écoles, y font progresser les connaissances en explorant le vivant, la matière, l’Univers et le fonctionnement des sociétés humaines. Depuis plus de 80 ans, y sont développées des recherches pluri et interdisciplinaires sur tout le territoire national, en Europe et à l’international. Le lien étroit que le CNRS tisse entre ses missions de recherche et le transfert vers la société fait de lui un acteur clé de l’innovation en France et dans le monde. Le partenariat qui le lie avec les entreprises est le socle de sa politique de valorisation et les start-ups issues de ses laboratoires (près de 100 chaque année) témoignent du potentiel économique de ses travaux de recherche.

Contraintes et risques :
Les travaux de recherche se dérouleront à l'IMN (Nantes, https://www.cnrs-imn.fr/) pendant 18 mois, puis au CEA-LITEN (Grenoble) durant la seconde moitié de la thèse.
Aucune autre contrainte ou risque identifié.