Influence de l'ordre local sur les propriétés thermodynamiques et les cinétiques électrochimiques de matériaux de cathode de type spinelle à base de nickel – ORDERED

Les besoins à grande échelle de batteries Li-ion pour réaliser la transition énergétique dans le secteur des transports et la nécessité de contourner l’utilisation de matériaux à base de cobalt, problématiques tant sur le plan environnemental qu’économique, nécessitent encore de nombreux efforts. Composés de métaux de transition non critiques, les matériaux de type spinelle LiMn1.5+xNi0.5-xO4 (0 < x < 0,5) sont de bons candidats. En effet, leur capacité théorique de 147 mAh/g disponible à une tension moyenne de 4,7 V vs Li+/Li est adaptée aux applications fortes puissances. Malgré de nombreuses études sur ces matériaux, aucune relation claire entre la structure et les propriétés électrochimiques n’a été proposée. Ces connaissances sont indispensables pour envisager une application pratique. L’objectif du projet ORDERED est d’élucider avec précision l’influence de la structure locale et/ou de la composition sur les propriétés thermodynamiques (tension de fonctionnement, réponse structurale lors de la délithiation/lithiation) et cinétiques (conductivités ionique et électronique) des composés LiMn1,5+xNi0,5-xO4. L’environnement local du centre redox sera ajusté en (i) modifiant la composition en nickel et/ou (ii) en ajustant les conditions de synthèse pour contrôler la densité de défauts structuraux. Un large éventail de méthodes expérimentales sera utilisé, réunissant des mesures électrochimiques, des mesures de spectroscopie diélectrique à large bande (20Hz-18GHz) et diverses caractérisations structurales telles que les méthodes de diffraction des rayons X et des neutrons. Différentes méthodes numériques allant des calculs DFT à la dynamique moléculaire seront mises en œuvre pour obtenir des informations sur les distributions de densité électronique et les propriétés de diffusion des ions lithium. L’analyse couplée de ces données expérimentales et théoriques fournira une description complète des propriétés électrochimiques de LiMn1,5+xNi0,5-xO4.