Développement et compréhension des mécanismes d’action des traitements de surface pour la protection des matériaux d’électrodes

Development and understanding of the mechanism of surface treatment for electrode material protection.

• Auteur / Autrice : Louis Guerin
• Direction : Thibaut Gutel, Adrien Boulineau, David Peralta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 04/04/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de l'électricité et de l'hydrogène pour les transports (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Saïd Sadki
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carine Davoisne, Renaud Bouchet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Masenelli-Varlot, Romain Berthelot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Procédés chimiques

Matériaux

Énergie

Mots clés libres

Ingénierie

Energétique

Matériaux

Environnement

Procédés

Production

Environment

Energetic

Process

Materials

Engineering

Production

Résumé

Cette thèse vise à étudier le rôle des recouvrements protecteurs (« coating ») déposés en surface des matériaux de cathode à base d’oxydes lamellaires lithiés. Les travaux se sont concentrés sur un cas modèle : le composé LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 enrobé par une couche d’oxyde de manganèse [NMC532/MnOx]. Tout d’abord, l’influence de la nature du solvant utilisé sur les caractéristiques du matériau recouvert a été étudiée et une méthode de recouvrement efficace basée sur le dépôt d’un sel de manganèse en voie liquide suivie d’une étape de calcination a été développée.Par la suite, les propriétés structurales du matériau protégé ont été caractérisées par diffraction des rayons X (XRD) et microscopie électronique en transmission (TEM). Elles ont permis de qualifier la qualité du dépôt en fonction de la quantité d’oxyde de manganèse introduite (0,5 à 3 %molaire) et de déterminer les caractéristiques physico-chimiques du recouvrement par spectroscopie de perte d’énergie des électrons (EELS). La caractérisation électrochimique approfondie du matériau en demi-pile par voltampérométrie cyclique et lors des cycles de charge/décharge (en mode) galvanostatique a permis de mettre en évidence la participation du revêtement aux processus redox et ainsi mieux comprendre ses mécanismes d’action. Ces travaux devraient permettre une conception plus maîtrisé des couches de protection et une meilleure prédiction de l’effet des recouvrements.

This thesis aim is to study the effects of protective coatings on lithiated cathode lamellar oxydes. These works focused on a general case of LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 cathode coated by a manganese oxyde [NMC532/MnOx]. First, the effect of the solvent used for a liquid-state coating on the coated material was studied and an effective coating method based on the deposition of a manganese salt in a solvent followed by a calcination was developed. Then, the structural properties of the coated material were studied using X-Ray Diffraction and Transmission Electron Microscopy. These characterizations confirmed the effect of the coating precursor proportion on the quality of the coating. The physical and chemical characteristics of the coating were studied by Electron Energy Loss Spectroscopy. The samples were introduced into half-cells and underwent cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge cycles electrochemical characterization enabling a better understanding of the mechanisms involved. These findings should help more accurately predict the effect of a coating process on the coated material properties therefore simplifying the development of effective coating methods.