Les matériaux actifs cathodiques pour les batteries lithium-ion pourraient être produits à basse température


L’oxyde de lithium et de cobalt en couches, un composant clé des batteries lithium-ion, a été synthétisé à des températures aussi basses que 300°C et pour des durées aussi courtes que 30 minutes.

Les batteries lithium-ion (LIB) sont le type de batterie le plus couramment utilisé dans l’électronique grand public et les véhicules électriques. Oxyde de lithium et de cobalt (LiCoO2) est le composé utilisé pour la cathode dans LIB pour l’électronique portable. Traditionnellement, la synthèse de ce composé nécessite des températures supérieures à 800°C et prend 10 à 20 heures.

Une équipe de chercheurs de l’Université de Hokkaido et de l’Université de Kobe, dirigée par le professeur Masaki Matsui de la Faculté des sciences de l’Université de Hokkaido, a développé une nouvelle méthode pour synthétiser l’oxyde de lithium et de cobalt à des températures aussi basses que 300°C et pendant des durées aussi courtes que 30 minutes. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Chimie inorganique.

« L’oxyde de lithium et de cobalt peut généralement être synthétisé sous deux formes », explique Matsui. « Une forme est une structure de sel gemme en couches, appelée phase à haute température, et l’autre forme est une structure à structure spinelle, appelée phase à basse température. Le LiCoO en couches2 est utilisé dans les batteries Li-ion.

En utilisant de l’hydroxyde de cobalt et de l’hydroxyde de lithium comme matières premières, avec de l’hydroxyde de sodium ou de potassium comme additif, l’équipe a mené une série d’expériences de haute précision dans diverses conditions pour synthétiser du LiCoO en couches.2 cristaux. Le processus était appelé « processus d’hydroflux ». Ils ont également pu déterminer le chemin de réaction qui a conduit à la formation des cristaux en couches.

« En comprenant la voie de réaction, nous avons pu identifier les facteurs qui favorisaient la croissance cristalline du LiCoO en couches.2« , a déclaré Matsui. « Plus précisément, la présence de molécules d’eau dans les matières premières a considérablement amélioré la cristallinité du produit final. »

L’équipe a également mesuré les propriétés électrochimiques du LiCoO en couches.2montrant qu’ils n’étaient que légèrement inférieurs à ceux du LiCoO disponible dans le commerce2 synthétisé par la méthode traditionnelle à haute température.

« Ce travail est la première démonstration expérimentale de la stabilité thermochimique du LiCoO en couches.2 à basse température sous pression ambiante », conclut Matsui. « Notre développement de ce procédé d’hydroflux permettra des mesures d’économie d’énergie dans divers processus de production de céramique. Nos prochaines étapes immédiates seront l’amélioration du processus d’hydroflux basé sur notre compréhension de la voie réactionnelle. »

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