The layered Li1+x(Ni0.425Mn0.425Co0.15)1+xO2 compounds as positive electrode materials for lithium-ion batteries : overlithiation effects on their structural and electrochemical properties

Etude des phases Li1+x(Ni0.425Mn0.425Co0.15)1-xO2 en tant que matériaux d'électrode positive pour batteries lithium-ion

Nicolas Tran (1)

1 ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux

The Li1+x(Ni0.425Mn0.425Co0.15)1-xO2 (0 < x < 0.12) positive electrode materials for lithium-ion batteries were prepared by a coprecipitation method. Their structure and physico-chemical properties were characterized by diffraction techniques (X-ray, neutron and electron), by XPS spectroscopy, by magnetic measurements... Overlithiation (Li / (Ni+Mn+Co) > 1) leads to the presence of extra lithium ions in the transition metal site. A v3.ahex. x v3.a hex-type superstructure similar to that observed for Li2MnO3 was evidenced by electron diffraction. The electrochemical properties and the structural modifications observed upon cycling were investigated for these compounds. For the Li // Li(Ni0.425Mn0.425Co0.15)0.88O2 system, a voltage "plateau" at 4.5V/Li was observed; it was associated to irreversible structural changes involving a cationic reorganization within the slabs and an oxygen loss with lithium deintercalation.

Des matériaux lamellaires d'électrode positive pour batteries lithium-ion, de formule Li1+x(Ni0.425Mn0.425Co0.15)1-xO2 (0 < x < 0.12), ont été synthétisés par coprécipitation. Leurs propriétés structurales et physico-chimiques ont été caractérisées par diffraction (rayons X, neutrons et électrons), spectroscopie XPS, mesures magnétiques ... La surlithiation (Li / (Ni+Mn+Co) > 1) entraîne la présence de lithium en excès dans le site des métaux de transition. Une surstructure de type v3.ahex. x v3.a hex. analogue à celle observée pour Li2MnO3 a été mise en évidence par diffraction électronique. Les propriétés électrochimiques et les modifications structurales observées au cours du cyclage ont été caractérisées pour ces matériaux. La surlithiation entraîne la présence d'un " plateau " de potentiel à ~ 4.5V/Li pour le système Li // Li(Ni0.425Mn0.425Co0.15)0.88O2 ; celui-ci a été associé à des changements structuraux irréversibles mettant en jeu une réorganisation cationique dans les feuillets et une perte d'oxygène.

Mots clés: Layered oxides; Lithium battery; Electrochemical cycling; X-ray diffraction; Neutron diffraction; Electron diffraction

Mots clés: Oxyde lamellaire; Batteries au lithium; Cyclage électrochimique; Diffraction des rayons X; Diffraction des neutrons; Diffraction des électrons

Domaines: Matériaux

Nicolas Tran. Etude des phases Li1+x(Ni0.425Mn0.425Co0.15)1-xO2 en tant que matériaux d'électrode positive pour batteries lithium-ion. Matériaux. Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00142944⟩