Synthèse et mise en forme de films de LiMn1.9B0.1O4 comme matériau d'électrode pour les batteries Li-ion par la technique de pyrolyse d'aérosols

Abstract

Ce travail s’inscrit dans la continuité d’une précédente recherche sur le matériau LiMn2O4.1 Grâce au dopage au bore, la température de formation de la phase est réduite. Il est, du coup, permis d’envisager la synthèse de ce composé de structure spinelle par pulvérisation pyrolyse ultrasonique. L’intérêt de cette technique réside dans la possibilité de synthétiser et de mettre en forme en une seule étape le composé de cathode. La phase LiMn1,9B0,1O4 est obtenue par cette technique dès la température de 350°C sur du verre. Le film est obtenu parfaitement homogène à une température de pulvérisation de 400°C. Par contre, les performances électrochimiques ne sont pas optimales et les analyses ne montrent pas d’amélioration des performances avec la composition en bore et en excès de lithium. Pour améliorer les conductivités électronique et ionique, les films ont été additionnés de noir de carbone in situ. Les pulvérisations contenant du noir de carbone mènent à des films particulièrement poreux. Le noir de carbone n’est pas correctement conservé lors de la pulvérisation et les propriétés électrochimiques ne sont pas améliorées par cet additif. Par contre, un recuit de ces films permet d’améliorer les performances en capacité. Afin d’améliorer la quantité de carbone conservé lors de la pulvérisation, et améliorer la morphologie des films obtenus, la source de carbone est remplacée par des nanotubes de carbone. Les films sont, dès lors, beaucoup plus homogènes et la quantité de carbone in situ est améliorée. Les performances électrochimiques sont améliorées grâce à un recuit. Tous les tests électrochimiques sont faits en grattant les films obtenus. La composition étant optimisée, de nouveaux substrats sont envisagés, à savoir l’aluminium et l’acier. La dilatation thermique de l’aluminium pose problème et ne permet pas la réalisation des tests électrochimiques. L’acier utilisé est un collecteur de courant d’accumulateur de type pile bouton. L’adhérence sur ce substrat étant nulle après recuit, celle-ci est améliorée par sablage du substrat. Enfin des films ont été synthétisés et mis en forme en une seule étape sur les substrats d’acier sablé. Ces films ont pu être testés pour leurs performances électrochimiques par transfert direct dans un accumulateur de type pile bouton.