Aging study of positive electrode materials for lithium ion batteries

• Auteur / Autrice : Yasunori Ozawa
• Direction : Rachid Yazami
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

La cinétique du vieillissement thermique de deux matériaux d'électrode positive couramment utilisés dans la batterie lithium ion, LiCoO2 de structure hexagonale et LiMn2O4 de structure cubique, a été étudiée dans le domaine de température compris entre 60ºC et 75ºC, par des mesures électrochimiques et par diffraction de rayons X et d'électrons. Deux mécanismes différents sont à l'origine des pertes réversible et irréversible de capacité : 1) ré-insertion du lithium due à l'instabilité de l'électrolyte, pour la réversible et, 2) transformations de phases dues à l'instabilité du matériau d'électrode, pour l'irréversible. Des lois cinétiques empiriques ont permis de déterminer les énergies d‘activation correspondantes. Une comparaison avec le nouveau matériau de structure hexagonale LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 montre des performances améliorées dues à une plus grande stabilité structurale.

The thermal aging kinetics of two positive electrode materials for lithium ion batteries; hexagonal LiCoO2 and cubic (spinel) LiMn2O4 was carried out in the 60ºC-75ºC temperature range by electrochemical measurements and crystal structure investigations. Two different mechanisms are at the origin of reversible and irreversible capacity losses: 1) lithium re-intercalation due the electrolyte instability for the reversible part and, 2) phase transformations due to the electrode material instability for the irreversible one. Empirical kinetics laws allowed the corresponding activation energy to be determined. A comparison with a new material with hexagonal structure LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 showed enhanced performances due to a higher structural stability.