Approche expérimentale pour l'étude des changements structuraux et du comportement électrochimique du compose LiNiO2 comme matériau d’électrode positive pour les batteries lithium-ion

Abstract

La demande croissante en énergies renouvelables et la transition vers la mobilité électrique reposent sur le développement de batteries lithium-ion, dont l'un des composants critiques est le matériau actif de l’électrode positive. Le composé LiNiO2 pur a déjà été identifié dans le passé comme candidat pour des applications dans les batteries lithium-ion, mais en raison de problèmes de synthèse et d'une mauvaise rétention de capacité, il a été écarté. Cependant, grâce à des techniques de caractérisation plus sophistiquées, ce matériau a de nouveau attiré l'attention de la communauté industrielle et scientifique.Dans ce travail, nous nous intéressons d'abord à revisiter le matériau LiNiO2 depuis ses débuts jusqu'à nos jours, avec l'intention d'observer tous les enjeux qu’il présente. Ensuite, le matériau est synthétisé, pour lequel les conditions de température et d'excès de lithium sont déterminés expérimentalement. Cette procédure était nécessaire car le matériau ciblé est connu pour avoir toujours une sous-stoechiométrie en lithium qui délivre un matériau de formule générale Li1-zNi1+zO2, il fallait donc trouver les conditions pour lesquelles z est le plus petit possible. Le matériau synthétisé avec succès a été utilisé pour étudier ses propriétés électrochimiques en faisant à plusieurs reprises le cyclage des cellules dans de nombreuses conditions. Le comportement électrochimique a été associé aux changements structuraux, impliquant les phases R0, M1, R2, R3 et H4. Il était particulièrement difficile d'étudier les régions à bas et haut potentiels, pour lesquels nous avons utilisé de la diffraction des rayons X in situ et ex situ. Un soin particulier a été apporté aux plateaux autour de 4.15 V et 3.6 V.Dans la dernière section, le composé LiNiO2 substitué par le fer a été étudié dans le but d'observer l'effet de Fe dans la structure et également d'essayer d'utiliser le 57Fe comme sonde pour suivre les changements du Fe lors de la charge grâce à l'utilisation de la spectroscopie Mössbauer qui peut révéler de précieuses informations. En particulier, nous nous sommes concentrés sur l'observation des changements liés à la migration des ions Fe des sites octaédriques aux sites tétraédriques.