Projet : ANR JCJC CarLIB

"Couplage AFM et Spectroscopie Raman aux techniques électrochimiques en vue du diagnostic pointu des batteries Li-ion"

ANR Programme: Stockage, gestion et intégration dans les réseaux des énergies (DS0205) 2015

Project ID: ANR-15-CE05-0002

Responsable du projet : Ivan T. LUCAS (MCF)

Collaborateurs : Blanca TORRES BAUTISTA (Post-doc), Ozlem SEL (CR), Hubert PERROT (DR), Laure FILLAUD (MCF)

Le projet consiste à associer la spectroscopie vibrationnelle Raman, les techniques gravimétriques (microbalance et impédance gravimétrique), la microscopie locale (SPM) et les méthodes électrochimiques avancées afin d’effectuer un diagnostic complet des matériaux d‘électrode utilisés dans les batteries au  lithium. En sélectionnant des couplages adaptés, la cartographie de composition et de topographie de matériaux de batteries pourra être mise en œuvre in situ à l’échelle micrométrique (Raman et microscopie locale co-localisées) ou bien ex situ à l’échelle nanométrique (spectroscopie Raman exaltée sous pointe SPM : TERS ou nanoRaman). Le suivi de la diffusion du lithium au sein du matériau ou à l’interface avec l’électrolyte sera également possible depuis l’échelle macroscopique (EIS et microbalance) jusqu’à l’échelle micro/nano (EIS et microscopie locale). En suivant et corrélant les propriétés du matériau actif et de l’interphase d’électrolyte solide (SEI) à différentes échelles jusqu’à 10 nm, nous anticipons des avancées majeures dans la compréhension des pertes de capacité de stockage du lithium. Les problèmes suivants, expliquant cette diminution de capacité pour quelques matériaux prometteurs (étain, silicium, LiNi0.5Mn1.5O4, LiCoPO4) seront en effet abordés :

1. Instabilité du matériau d’électrode (chimique, mécanique): perte de matériau actif
2. Réactions secondaires (passivation non-effective des électrodes): perte irréversible de lithium cyclable et augmentation de la résistance interfaciale
3. Limitation de la diffusion et de la rétention du lithium: capacité et vitesse de charge limitées

Techniques utilisées : 

• Dynamique de composition de la SEI par spectroscopie Raman exaltée par des nanoparticules coeur/coquille (SHINERS) et de pointe (TERS).

• Dynamique de formation de la SEI et propriétés de transport par gravimétrie (Microbalance à quartz EQCM, impédance gravimétrique) et microscopie à sonde locale.