Des nouveaux matériaux d’électrode pour batteries Li-ion : vers la minimisation de la réactivité aux interfaces matériau actif - électrolyte

Abstract

L’oxyde lamellaire LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 est un matériau d’électrode positive très attractif pour les batteries Li-ion grâce à ses grandes capacité, stabilité et cyclabilité et, possiblement dans un futur proche, pour les batteries tout-solide. Pour optimiser ses performances dans ces deux systèmes, une meilleure connaissance de sa réactivité, face aux électrolytes liquide et solide, est nécessaire. L’objectif de ce travail est de modifier la morphologie du matériau (taille et forme de particules), tout en contrôlant sa composition et sa structure, pour déterminer son impact sur la réactivité. Une série d’échantillons LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 avec des structures cristallographiques proches de la structure lamellaire idéale 2D a ainsi été obtenue, avec différentes tailles de particules primaires variant de 200 nm à 2 μm, et de formes isotropes ou de types plaquettes. Des tests électrochimiques ont été effectués en batteries Li-ion et parfois en batteries tout-solide, dans différentes conditions (régime de cyclage, fenêtre de potentiel etc.). Des études ont ensuite été menées par diffraction des rayons X, microscopie et spectroscopie des photoélectrons X, pour caractériser, dans le cas de cette dernière, la nature des interfaces électrode positive/électrolyte et leurs évolutions au cours du cyclage. La réactivité de LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 vis-à-vis de l’eau a également été étudiée, car le lavage à l’eau est une solution efficace utilisée pour éliminer certaines impuretés préjudiciables aux performances électrochimiques. Ce lavage affecte néanmoins la structure lamellaire, et requiert d’être suivi d’un traitement thermique approprié pour réparer la structure endommagée. Des caractérisations structurales, chimiques et de surface ont été effectuées sur des matériaux lavés et traités thermiquement afin d’étudier les mécanismes intervenant lors de ces traitements et d’améliorer la compréhension des phénomènes de dégradation et de réparation de la structure lamellaire.