Stabilisation de Matériaux de cathodes pour applications Li-ion haute énergie

Stabilization of Li-ion cathode materials for high energy applications

• Auteur / Autrice : Mathieu Cogniard
• Direction : Jean-François Colin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• 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 : CEA Grenoble / LITEN

Mots clés

Mots clés libres

Li-ion Cathodes

Batteries

Mn-Rich

Désordonnés types NaCl

Li-ion Cathodes

Batteries

Mn-Rich

Disordered Rocksalt

Résumé

Actuellement, les matériaux de cathode destinés aux applications énergies, telle que la mobilité électrique, sont les NMC dits Ni-Rich, de composition LiNixMnyCozO2 avec x+y+z=1 et x>0.5. Cette composition riche en Ni et Co en fait des matériaux couteux. Peu d'alternatives existent mais parmi elles, les matériaux dits Mn-rich apparaissent particulièrement intéressants. Cette appellation recouvre deux familles de matériaux. D'une part, les matériaux lamellaires Li-Rich de composition LixMnyNizO2 (avec x+y+z=2, x>1 et y>0.5), d'autre part, les matériaux, dits rocksalt désordonnées dont une composition classique est la composition Li2MnO2F. Dans les deux cas, ces matériaux possèdent des capacités importantes de l'ordre de 250 mAh.g-1 qui les rend attractifs malgré leur potentiel de travail et leur densité moins élevée que celle des Ni-Rich. De plus, leur composition en fait des matériaux peu couteux. Cependant le fonctionnement particulier de ces matériaux qui met en jeu des réactions d'oxydation de l'oxygène semble également à l'origine d'une dégradation des performances en cyclage. Le but de la thèse d'approfondir les connaissances sur ces mécanismes de dégradations, notamment par des expériences synchrotron operando, pour proposer et développer des solutions de stabilisation de ces performances, notamment par des traitements de surface ou l'ajout d'additifs.

Currently, cathode materials for energy applications, such as electric mobility, are the so-called Ni-Rich of composition LiNixMnyCozO2 with x+y+z=1 and x>0.5. This composition rich in Ni and Co makes them expensive materials. Few alternatives exist but among them, the so-called Mn-rich materials appear particularly interesting. This name covers two families of materials. On the one hand, the lamellar Li-Rich of composition LixMnyNizO2 (with x+y+z=2, x>1 and y>0.5), and on the other hand, the materials known as disordered rocksalt of which a classical composition is Li2MnO2F. In both cases, these materials have high capacities of the order of 250 mAh.g-1 which makes them attractive in spite of their working potential and their lower density than Ni-Rich. Moreover, their composition makes them inexpensive materials. However, the functioning of these materials, which involves oxygen oxidation reactions, also seems to be at the origin of a degradation of the performances in cycling. The aim of the thesis is to deepen the knowledge on these degradation mechanisms, in particular by synchrotron operando experiments, in order to propose and develop solutions to stabilize these performances, in particular by surface treatments or the addition of additives.