Synthèse en solution de sulfures divisés pour les électrolytes de batteries lithium-ion tout solide

Les électrolytes solides sont aujourd’hui considérés comme la clé pour le développement des nouvelles générations de batteries. Deux types d’électrolytes solides ont majoritairement été étudiés, les polymères et les inorganiques, mais leurs performances restent limitées. Une piste prometteuse pour obtenir des électrolytes performants est d’utiliser des nanoparticules (NP) inorganiques.
Parmi les matériaux inorganiques possibles, la famille des sulfures (Li7P3S11, Li6PS5X avec X= Cl, Br, I) présente des conductivités ioniques très élevées. Cependant, ces matériaux sont généralement obtenus par voie solide menant à des particules micrométriques agrégées. De plus, bien que des synthèses en solution ont été récemment mises en évidence, le potentiel de contrôle de la taille, de la morphologie et de la prévention de leur agrégation n’est pas exploité.
L’objectif de cette thèse est de mettre au point une méthodologie de synthèse de sulfures divisés permettant de contrôler la morphologie et l’agrégation des NP afin de permettre leur incorporation dans une phase polymère. L’idée est d’adapter des protocoles connus de préparation de NP d’oxydes en solution à la synthèse de phases sulfures. Différents leviers seront explorés comme la température de réaction, la nature du solvant et des réactifs ainsi que l’ajout de stabilisants. Après caractérisations physico-chimiques, la conductivité ionique des sulfures obtenus sera mesurée. Les matériaux les plus prometteurs seront formulés  pour constituer des électrolytes solides. L’impact de la taille et de la morphologie des NP sur les performances électrochimiques des électrolytes sera étudié. Les électrolytes les plus performants seront testés dans des systèmes complets en piles boutons.

Mots clefs: Synthèse en solution, électrolyte solide, sulfures, nanomatériaux, batteries

• Directeur de thèse    Dr Denis UZIO, IFPEN
• Ecole doctorale    ED206, https://www.edchimie-lyon.fr/
• Encadrant IFPEN    Dr Cyril GARNERO, cyril.garnero@ifpen.fr
• Localisation du doctorant    IFP Energies Nouvelles, Lyon, France
• Durée et date de début    3 ans, début au plus tôt le 1er décembre 2021 
• Employeur    IFP Energies Nouvelles, Lyon, France
• Qualifications    Master 2 en Sciences des Matériaux, Chimie
• Connaissances linguistiques    Bonne maîtrise du français indispensable, anglais souhaitable
• Autres qualifications    Synthèse de matériaux en solution,  manipulations sous atmosphère inerte serait un plus, connaissances sur la chimie du soufre