Évaluation des revêtements de surface nanométriques sur les électrodes positives à haute densité énergétique pour batteries lithium-ion. // Evaluation of nanoscale surface coatings on high energy density positive electrodes for lithium-ion batteries.

Les oxydes lamellaires riches en nickel LiNi1-x-yMnxCoyO2 (NMC) et LiNi1-x-yCoyAlzO2 (NCA) sont des matériaux exceptionnels pour l’électrode positive des batteries au lithium grâce à leur grande capacité de stockage réversible. Toutefois, dans les conditions réelles d’utilisation, des réactions indésirables peuvent entraîner la dissolution des métaux de transition et la fracturation des électrodes, affectant ainsi leurs propriétés électrochimiques. Ces phénomènes sont associés à la présence d’acide fluorhydrique (HF) dans l’électrolyte, principalement due à la dégradation du sel LiPF6. Pour résoudre ces problèmes, des traitements de surface sont nécessaires pour protéger le matériau actif et améliorer les performances. Le projet EVEREST propose une méthode innovante, flexible et abordable pour créer des revêtements nanométriques inorganiques. Cette méthode repose sur une technique récente, l’électrofilage coaxial, qui permet de produire des nanofibres possédant une structure cœur-gaine bien définie. Nous proposons d'évaluer l'impact des paramètres de mise en forme des nanofibres sur la morphologie, les performances électrochimiques et le mécanisme sous-jacent. Les performances électrochimiques des matériaux revêtus et vierges seront comparées dans une demi-cellule avec Li métal comme contre électrode. Les processus redox, les mécanismes de transfert de charges et les modifications structurelles seront étudiés en mode operando grâce au faisceau synchrotron.
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Nickel-rich layered oxides LiNi1-x-yMnxCoyO2 (NMC) and LiNi1-x-yCoyAlzO2 (NCA) are exceptional materials for the positive electrode of lithium batteries due to their high reversible storage capacity. However, under real conditions, undesired reactions can lead to the dissolution of transition metals and electrodes cracking, thus affecting their electrochemical properties. This phenomenon is linked to the presence of hydrofluoric acid (HF) in the electrolyte, mainly due to the degradation of the LiPF6 salt. To address this problem, surface treatments are needed to protect the active material and improve performance. The EVEREST project proposes an innovative, flexible, and affordable method for creating inorganic coatings at the nanoscale. This method is based on a recent technique, coaxial electrospinning, which allows the production of nanofibers with a well-defined core-sheath structure. For this project, we propose to evaluate the impact of nanofiber shaping parameters on morphology, electrochemical performance and the underlying mechanism. The electrochemical performances of the coated and the pristine positive electrodes will be compared in a half-cell with Li metal as a counter electrode. Redox processes, charge transfer mechanisms and structural modifications will be studied in the operando mode using the synchrotron radiation beam.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie
Laboratoire : Laboratoire d’étude des éléments légers
Date de début souhaitée : 01-11-2025
Ecole doctorale : Sciences Chimiques: Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes (2MIB)
Directeur de thèse : YAGOUBI Saïd
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRAMIS/NIMBE/LEEL
URL : https://iramis.cea.fr/pisp/said-yagoubi/
URL : https://iramis.cea.fr/en/nimbe/leel/
URL : https://www.ismo.universite-paris-saclay.fr/surfaces-interfaces-molecules-2d-materials-2/

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service Nanosciences et Innovation pour les Materiaux, la Biomédecine et l’Energie

Master ou équivalent en sciences des matériaux