Design and Synthesis of Layered Oxides Cathodes for Sodium Ion Batteries

Design et synthèse de cathodes d'oxydes lamellaires pour les batteries sodium-ion La dépendance croissante aux batteries lithium-ion met en évidence la nécessité de développer des chimies alternatives, telles que les batteries sodium-ion. Un défi majeur pour l'utilisation pratique des batteries sodium-ion est la performance insuffisante des matériaux de cathode, notamment en termes de densité énergétique. Parmi les différentes chimies, les oxydes lamellaires suscitent un grand intérêt en raison de leur haute capacité, de leur coût réduit et de leur densité énergétique volumétrique élevée. Cette thèse vise à concevoir et synthétiser des oxydes lamellaires de sodium avec des propriétés optimales (capacité, performance en puissance et processabilité) pour leur application. Tout d'abord, une comparaison exhaustive de différents critères de mérite (densité énergétique, stabilité au cyclage, thermique et à l'humidité) des oxydes lamellaires de sodium cristallisant dans différentes structures (O3, P2 et intercroissances P2/O3) avec les mêmes métaux de transition (Ni, Zn, Mn et Ti) est réalisée. L'accent est ensuite mis sur l'amélioration des performances électrochimiques en examinant l'effet de la teneur en Ti dans ces phases P2. Ensuite, pour améliorer la densité énergétique des oxydes lamellaires tout en maintenant la stabilité à l'air des oxydes lamellaires P2, nous explorons une stœchiométrie appauvrie en sodium avec Na0.85Ni0.38Zn0.04Mn0.48Ti0.1O2 et étudions sa relation synthèse-composition-électrochimie. À cette fin, la possibilité d'augmenter l'entropie configurationnelle dans les oxydes lamellaires O3 est également explorée, et leur applicabilité est rationalisée en les comparant avec nos phases O3 plus traditionnelles. Enfin, les compositions optimales O3 et P2 sont démontrées dans des prototypes 18650, avec quelques perspectives d'optimisation future.