Etude de matériaux d'électrode positive dérivés de LiNiO2 pour batteries Lithium-ion. Compréhension du mécanisme de dégradation thermique des phases désintercalées
Résumé
Li(Ni,M)O2 (M= Al, Co/Al and Mn) materials used as positive electrode materials for Li-ion batteries have been synthetized by a coprecipitation method and then characterized by X-ray and neutron diffraction, magnetic measurements and galvanostatic tests. The thermal degradation mechanism of the Lix(Ni,M)O2 (M = Al, Co/Al et Mn, x = 0.50 et 0.30) deintercalated phases was studied by Thermal Gravimetric Analyses coupled with Mass Spectrometry. Correlation with in situ X-ray diffraction experiments was then achieved to determine the degradation mechanism and to explain the differences in thermal stability observed depending on the material composition. For all studied materials, the degradation occurs in two steps, corresponding to the transition between the initial α-NaFeO2 type phase and a “LiM2O4” pseudo-spinel phase, which evolves into a NiO type phase at higher temperature. Influence of the substituent nature was discussed.
Des matériaux d'électrode positive pour batteries Li-ion de formule Li(Ni,M)O2 (M = Al, Co/Al et Mn) ont été synthétisés par coprécipitation, puis caractérisés par diffraction des rayons X et des neutrons, par des mesures magnétiques et des tests galvanostatiques. La dégradation thermique des phases désintercalées Lix(Ni,M)O2 (M = Al, Co/Al et Mn, x = 0.50 et 0.30) a ensuite été étudiée par analyses thermogravimétriques couplées à la spectrométrie de masse, corrélées à des expériences de diffraction des rayons X in situ, afin d'en déterminer le mécanisme et d'expliquer les différences de stabilité observées suivant la composition des matériaux. Pour tous les composés étudiés, la dégradation se déroule en deux étapes, correspondant à la transition de la phase lamellaire initiale de type α-NaFeO2 en une phase “ LiM2O4 ” de type pseudo-spinelle qui se transforme ensuite, à plus haute température, en une phase dérivant de NiO. L'influence de la nature de l'élément substituant a été discutée.
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