Modifications morphologiques et microstructurales du matériau actif des cathodes de batteries à l'ion lithium induites par broyage et traitement thermique

Morphological and microstructural modifications of the active material of cathodes of lithium ion batteries induced by grinding and thermal treatment

• Auteur / Autrice : Philippe Perrot
• Direction : Michel Grosbras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique à balayage

Accumulateurs

Ordre et désordre (physique)

Microscopie électronique en transmission

Rayons X -- Diffraction

Lithium -- Composés

Résumé

L'objectif de ce travail est d'apporter des améliorations au mélange cathodique linio#2 + graphite + suie des cathodes des batteries à l'ion lithium : les principaux résultats obtenus sont les suivants : - une étude préliminaire de la microstructure des cathodes a montré que les grains de linio#2 étaient micrométriques et présentaient des dislocations. - le broyage du linio#2 dans un conteneur en agate permet d'améliorer la percolation électrique macroscopique du mélange cathodique associe tout en évitant une pollution du matériau (optimisation de la morphologie de la poudre avec notamment une forte augmentation de la surface spécifique). - le broyage modifie la microstructure des grains de linio#2 : -il est susceptible de désordonner la structure cristalline. -les domaines cohérents de diffraction sont nanométriques ce qui améliore la diffusion intergranulaire des cations li#+. -des microdistorsions importantes du réseau apparaissent au sein de ces domaines ce qui constitue vraisemblablement un handicap au déplacement intragranulaire des li#+. - un traitement thermique sous argon permet de réarranger les dislocations en sous joints et de relaxer fortement les microdéformations introduites lors du broyage ce qui doit faciliter la diffusion intragranulaire des ions li#+. - divers mélanges cathodiques ont été sélectionnés pour préparer des piles boutons soumises à des cyclages galvanostatiques (charge et décharge). Les performances en puissance et en cyclabilité sont nettement augmentées dans le cas d'une pile où le linio#2 broyé et recuit possède une morphologie optimum et une microstructure idéale. L'ensemble de ces résultats montre les rôles indissociables des configurations macroscopique et microscopique du linio#2 sur les performances des batteries. Les phénomènes qui se produisent lors des divers traitements subis par la poudre ouvrent la voie à de nouveaux champs d'investigation scientifique et à de nouvelles applications industrielles.