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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-20-0599

INTITULÉ DU SUJET Français

Etude théorique et expérimentale du potentiel chimique de Li dans Si : effet de l’état de contrainte, de l’état de lithiation et de la température

RÉSUMÉ DU SUJET

Avec une capacité spécifique théorique dix fois supérieure à celle du graphite, le silicium est un matériau très prometteur pour les électrodes négatives de batteries Li-ion. Toutefois, deux problèmes majeurs existent: l’expansion volumique du matériau lors de l’alliage avec le Li et la formation continue de la SEI (Solid Electrolyte Interphase). Pour y remédier, la piste privilégiée est l’utilisation d’électrodes Si/graphite avec de 5 à 10 %m de Si. L’insertion de Li dans Si et dans le graphite se fait toutefois via des mécanismes différents, à des potentiels différents et suit ainsi des cinétiques différentes. Alors que le graphite est peu perturbé par la température et les contraintes, on s’attend à un fort effet du champ de contrainte, de la concentration en Li et de la température sur le potentiel électrochimique dans Si. Il est donc essentiel de comprendre ces effets pour appréhender par exemple la compétition d’insertion du Li entre le Si et le graphite. Dans cette thèse, nous proposons de 1) mesurer et modéliser à partir de l’échelle atomique, l’effet des contraintes, de la concentration en Li et de la température sur le potentiel et la diffusion de Li dans Si; 2) modéliser les hétérogénéités du champ de contrainte et du potentiel de Li entre le cœur et la surface de la particule et 3) contrôler l’état de contrainte du matériau en jouant sur la taille des particules de Si. Un couplage systématique simulation-expérience alimentera et validera les modèles thermodynamiques et cinétiques de l’anode Si/graphite.

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut rayonnement et matière de Saclay
Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie
Laboratoire d’étude des éléments légers
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2020
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Magali GAUTHIER  

CEA
DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL
Bat 637, pe 3
91191 Gif sur Yvette

Téléphone : +33 1 69 08 45 30

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
Physique en Île-de-France (EDPIF)
DIRECTEUR DE THÈSE

Maylise NASTAR

CEA
DEN/DMN/SRMP
CEA-Saclay,
DEN-DANS/DMN/SRMP,
F91191 Gif-sur-Yvette