L’oxyde de lithium et de cobalt en couches, un composant clé des batteries lithium-ion, a été synthétisé à des températures aussi basses que 300°C et pour des durées aussi courtes que 30 minutes.
Les batteries lithium-ion (LIB) sont le sort de batterie le in addition couramment utilisé dans l’électronique grand general public et les véhicules électriques. L’oxyde de lithium et de cobalt (LiCoO2) est le composé utilisé pour la cathode du LIB pour les appareils électroniques portables. Traditionnellement, la synthèse de ce composé nécessite des températures supérieures à 800°C et prend 10 à 20 heures.
Une équipe de chercheurs de l’Université de Hokkaido et de l’Université de Kobe, dirigée par le professeur Masaki Matsui de la Faculté des sciences de l’Université de Hokkaido, a développé une nouvelle méthode pour synthétiser l’oxyde de lithium et de cobalt à des températures aussi basses que 300°C et pendant des durées aussi courtes que 30 minutes. Leurs découvertes ont été publiées dans la revue Inorganic Chemistry.
« L’oxyde de lithium et de cobalt peut généralement être synthétisé sous deux formes », explique Matsui. « Une forme est une structure de sel gemme en couches, appelée phase à haute température, et l’autre forme est une construction à framework spinelle, appelée period à basse température. Le LiCoO2 en couches est utilisé dans les batteries Li-ion. »
En utilisant l’hydroxyde de cobalt et l’hydroxyde de lithium comme matières premières, avec de l’hydroxyde de sodium ou de potassium comme additif, l’équipe a mené une série d’expériences de haute précision dans diverses ailments pour synthétiser des cristaux de LiCoO2 en couches. Le processus était appelé « processus d’hydroflux ». Ils ont également pu déterminer le chemin de réaction qui a conduit à la formation des cristaux en couches.
« En comprenant le chemin de réaction, nous avons pu identifier les facteurs qui favorisaient la croissance cristalline du LiCoO2 en couches », a déclaré Matsui. « Additionally précisément, la présence de molécules d’eau dans les matières premières a considérablement amélioré la cristallinité du produit last. »
L’équipe a également mesuré les propriétés électrochimiques du LiCoO2 en couches, montrant qu’elles n’étaient que légèrement inférieures à celles du LiCoO2 disponible dans le commerce synthétisé par la méthode traditionnelle à haute température.
« Ce travail est la première démonstration expérimentale de la stabilité thermochimique du LiCoO2 en couches à basse température sous pression ambiante », conclut Matsui. « Notre développement de ce procédé d’hydroflux permettra des mesures d’économie d’énergie dans divers processus de production de céramique. Nos prochaines étapes immédiates seront l’amélioration du procédé d’hydroflux sur la foundation de notre compréhension du chemin de réaction. »
