Nouveaux oxydes lamellaires riches en lithium obtenus par réaction d’échange ionique en voie solide et utilisés comme matériaux d’électrode positive dans les batteries au lithium

Abstract

De nouveaux oxydes lamellaires riches en lithium et en manganèse de formules générales Li0.70[Li0.14Ni0.14Mn0.72]O2, Li5/6[Li1/6Ni1/6Mn2/3]O2 et Li0.72[Li0.24Mn0.76]O2 ont été préparés par réaction d’échange ionique en voie solide à partir d’oxydes lamellaires au sodium de formule générale P2-Nay[Li,M]O2. Les structures métastables de type O2 et O6 des phases lithiées ont été caractérisées par diffraction des rayons X synchrotron et diffraction des neutrons. La présence de fautes d’empilement dans les composés échangés a été mise en évidence par simulations de diagrammes de diffraction à l’aide du programme FAULTS ainsi que par l’analyse de clichés de microscopie électronique en transmission haute résolution (ABF-STEM). Les propriétés électrochimiques des matériaux d’électrode positive évaluées au cours de cyclage galvanostatiques ont montré des caractéristiques associées au redox anionique de l’oxygène. Les processus redox et les évolutions structurales des oxydes lamellaires riches en lithium ont été suivis respectivement par spectroscopie d’absorption des rayons X operando et diffraction des rayons X operando. L’environnement électronique local autour des ions alcalins a été caractérisé par spectroscopie RMN du solide sur les noyaux de sodium et de lithium.