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Mécanismes de dissolution de matériaux actifs de batteries Li-ion : Etude par microscopie électronique en transmission

Authors
  • Poulizac, Julie
Publication Date
Nov 10, 2022
Source
HAL
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

La méconnaissance des mécanismes de dissolution des matériaux de cathode de batteries Liion est aujourd’hui un frein à l’optimisation du procédé de recyclage par hydrométallurgie. Ce travail de thèse a été l’occasion de développer une méthodologie couplant des caractérisations ex situ – au microscope électronique en transmission (TEM, HRTEM, STEM, EDX, EELS) et par diffraction des rayons X – et des observations in situ de dissolutions au TEM pour étudier les mécanismes de dissolution de LiFePO4 et LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2. La technique de microscopie en transmission en milieu liquide a ainsi été développée et optimisée. Une nouvelle méthode de préparation des échantillons basée sur l’ultramicrotomie a alors été mise en place pour permettre le contrôle précis de l’épaisseur des échantillons et assurer la reproductibilité des expériences. L’exploitation des images issues de l’observation in situ de la dissolution de LiFePO4 a permis de montrer l’équivalence des cinétiques de réaction ex situ et in situ, moyennant la prise en compte de la géométrie des particules impliquées. Par les caractérisations ex situ, il a alors été montré que lors de la délithiation de LiFePO4, chaque cristallite se transforme en plusieurs cristallites de FePO4(olivine) avant que cette nouvelle phase se dissolve, si les conditions de pH le permettent. La dissolution du matériau est alors totale si le pH est inférieur à 1,5. Enfin, l’étude de la dissolution de LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 a permis de montrer que la cinétique de réaction peut être accélérée en augmentant la température. Ainsi, lorsque la réaction est menée à une température supérieure à 70 °C, la quasi-totalité du cobalt et du manganèse reste dans la phase solide, ce qui peut permettre d’ouvrir la voie à une récupération sélective des éléments.

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