Dépôt à angles obliques de revêtements nanostructurés par plasma thermique inductif pour application dans les batteries au lithium-ion

 

Jocelyn Veilleux

Université de Sherbrooke

 

Domaine : matériaux

Programme établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2015-2016

Ce projet de recherche concerne le développement, la caractérisation et l'étude d'un procédé de dépôt  à angles obliques de revêtements nanostructurés par plasma thermique inductif (PTI). Les dépôts seront effectués à basse pression (50 Pa à 200 Pa), en phase vapeur, pour faire croître des microstructures colonnaires. Ils seront ensuite appliqués en tant que matériaux d'anode à haute capacité pour les batteries au lithium-ion. Cette méthode de dépôt par PTI en phase vapeur devrait offrir des taux de dépôt 10 fois supérieurs aux méthodes conventionnelles de croissance des couches minces. La manipulation de l'angle d'incidence des matériaux vaporisés projetés vers le substrat ainsi que la rotation de ce dernier permettront de contrôler la microstructure colonnaire des revêtements déposés (structure hélicoïdale ou alternée). Une telle microstructure permettra d'accroître la diffusivité des ions lithium dans l'anode ainsi que la cyclabilité des dépôts en assurant une meilleure résilience aux changements de volume induits par les cycles d'intercalation du lithium.

Les travaux seront effectués en quatre temps : i) génération d'un PTI basse pression et caractérisation de ses profils de température, d'enthalpie et de vitesse par spectroscopie et sonde enthalpique; ii) dépôt par PTI en phase vapeur de microstructure colonnaire de matériaux d'anode à haute capacité (silicium, étain et/ou leurs oxydes); iii) dépôt à angles obliques de microstructures hélicoïdales ou alternées de ces matériaux, en inclinant le substrat alors qu'il subit une rotation; iv) caractérisation complète de la microstructure des revêtements déposés et évaluation de leurs propriétés électrochimiques (exemples : capacité et cyclabilité).