• Langue : Français
• Discipline : Chimie des matériaux
• Identifiant : 2022ULILR071
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 07/12/2022

Résumé en langue originale

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)

Résumé traduit

The emergence of new miniature and autonomous electronic technologies leads to a request of efficient microdevices for energy storage. The development of thin film Li-ion microbatteries is an interesting way to power connected objects, as their manufacturing method is compatible with the techniques used in the microelectronics industry. These microbatteries can thus be easily integrated into devices. This thesis is mainly focused on the analysis of a promising spinel-like electrode material, LiMn1.5Ni0.5O4 (LMNO), developed in thin film by RF magnetron sputtering on Si/Al2O3/Pt substrate in our team. LMNO is a high working potential electrode (ELi/Li+ = 4.8V) with a good experimental discharge capacity (60µAh.cm-2.µm-1) very close to the theoretical value (65µAh.cm-2.µm-1) and is able to withstand high speed cycling. In order to improve the performance of microbatteries, it is crucial to understand the different mechanisms involved, but also their evolution during the different charge/discharge cycles. It is also important to focus on the homogeneity of thin films at the wafer scale in the case of an industrial transfer of our skills.