Relations structures/propriétés de matériaux d'électrodes en couches minces pour applications microbatteries Lithium-ion

Abstract

L'émergence de nouvelles technologies électroniques miniatures et autonomes entraîne une demande de microdispositifs efficaces pour le stockage de l'énergie. Le développement des microbatteries Li-ion en couches minces est une voie intéressante pour l'alimentation d'objets connectés, car leur méthode de fabrication est compatible avec les techniques utilisées dans l'industrie de la microélectronique. Ces microbatteries pourront donc être aisément intégrées aux dispositifs. Cette thèse est principalement consacrée à l'analyse d'un matériau d'électrode prometteur de type spinelle, LiMn1.5Ni0.5O4 (LMNO), développé en couche mince par pulvérisation magnétron RF sur substrat Si/Al2O3/Pt. LMNO est une électrode à haut potentiel de travail (ELi/Li+ = 4,8V) avec une bonne capacité de décharge expérimentale (60µAh.cm-2.µm-1) très proche de la valeur théorique (65µAh.cm-2.µm-1) et est capable de supporter un cyclage à grande vitesse. Afin d'améliorer les performances des microbatteries, il est crucial de comprendre les différents mécanismes mis en jeu, mais aussi leur évolution au cours des différents cycles de charge/décharge. Il est également important de s'intéresser à l'homogénéité des couches minces à l'échelle du wafer dans le cas d'un éventuel transfert industriel de nos résultats à plus grande échelle permettant d'envisager une fabrication collective non pas d'un seul dispositif mais de plusieurs dizaines, centaines ou milliers (dépendant de la taille du wafer et/ou du microdispositif)