Modification de surface de LiNi0,5Mn1,5O4 de structure spinelle et mise en forme de l’électrolyte Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3, pour leur intégration en batterie tout solide

Abstract

L’amélioration de la densité d’énergie est la clé pour les futures générations de batteries, ainsi que le développement de matériaux sans cobalt. En effet, le cobalt est coûteux et son extraction est controversée sur le plan éthique. La spinelle haute tension riche en manganèse LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) est donc prometteuse, avec une densité d’énergie proche de 650 Wh/kg, équivalente à celle de l’oxyde lamellaire LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2. Cependant, cette haute tension de ~ 4,7 V vs Li+/Li est aussi à l’origine de ses limites en raison de la dégradation de l’électrolyte liquide, source de réactions secondaires telles que la dissolution irréversible des métaux de transition, et par conséquent la durée de vie limitée de la batterie. L’objectif de ce travail est de stabiliser la spinelle LNMO pour améliorer ses performances électrochimiques en batteries Li-ion, mais aussi en batteries post-Li-ion telles que les batteries massives Li métal tout solide. La première partie de ces travaux porte sur la modification de surface de LNMO par un revêtement riche en Al, obtenu par dépôt chimique en milieu fluide supercritique et l’étude de l’impact de ce revêtement sur les performances électrochimiques. La deuxième partie est consacrée au frittage de l’électrolyte céramique Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 afin d’assembler des batteries tout solide inorganiques, et à l’étude de la réactivité pendant ce frittage. La dernière partie du travail montre comment différents processus de mise en forme ont été explorés, en particulier la préparation de membranes électrolytiques hybrides polymère-inorganiques, avant de parvenir à obtenir des résultats intéressants dans des batteries Lithium métal quasi tout solide.