Jury :

• Marie-Paule BESLAND, Directrice de recherche CNRS, IMN, Université de Nantes, Rapporteur
• Thierry DJENIZIAN, Professeur à l’Ecole des Mines de St Etienne, CMP, Gardanne, Rapporteur
• Laurence CROGUENNEC, Directrice de recherche CNRS, ICMCB, Université de Bordeaux, Examinateur
• Thierry BROUSSE, Professeur des Universités, IMN, Université de Nantes, Examinateur
• Pascal ROUSSEL, Directeur de recherche CNRS, UCCS, Université de Lille, Examinateur
• Christophe LETHIEN, Maître de conférences HDR, IEMN, Université de Lille, Directeur de Thèse

Résumé :

La miniaturisation des appareils connectés (Internet des objets, IoT) s’accompagne d’une réduction de la taille des systèmes conventionnels de stockage électrochimique de l’énergie (piles et batteries) réduisant de ce fait leurs performances. Pour pallier à ce problème et pouvoir déployer de larges réseaux de capteurs connectés et autonomes, il est indispensable de repenser l’architecture des micro-batteries Lithium-ion en développant des micro-dispositifs de stockage performants tout solide en configuration 3D.

Le matériau d’électrode positive LiMn_1.5Ni_0.5O₄ (LMNO) semble être un candidat idéal pour maximiser la tension de la micro-batterie Li-ion. Il opère à haut potentiel (4.7 V vs Li/Li⁺) et est capable de délivrer une capacité théorique normalisée de 65 µAh.cm^-2.µm^-1. Afin d’étudier ce matériau d’électrode, des couches minces de LMNO ont été réalisées par pulvérisation cathodique RF-magnétron jusqu’à l’obtention de performances à l’état de l’art. Dans le cadre de cette thèse, des micro-batteries Li-ion tout solide planaires ont été fabriquées en utilisant ce matériau d’électrodes.

L’objectif final de ces travaux est de réaliser des micro-batteries 3D Li-ion tout solide. La pulvérisation cathodique ne permettant pas de réaliser des dépôts de matériaux sur des architectures tridimensionnelles à haut rapport d’aspect, nous avons donc développé le dépôt de couches minces de matériaux lithiés par ALD (Atomic Layer Deposition). Ainsi, des électrodes de LiMn₂O₄ et de LiMn_1.5Ni_0.5O₄ ont été réalisés sur des substrats planaires et 3D à très haut rapport d’aspect (80 :1). Ces électrodes tridimensionnelles ont pour finalité d’être intégrées dans des micro-batteries 3D Li-ion tout solide.