De la théorie vers la pratique
Batteries Li-ion - Conception théorique

3.1 État de l’art

À l’aide des concepts établis dans le paragraphe précédent, nous pouvons maintenant relier les propriétés électrochimiques d’un matériau d’électrode à la nature de sa liaison chimique locale. Appliquons ces concepts au cas des électrodes utilisées aujourd’hui dans les batteries commerciales, à savoir les oxydes de métaux de transition et le graphite.

3.1.1 Oxydes de métaux de transition

L’oxyde de cobalt CoO₂ est utilisé comme électrode positive dans les batteries Li-ion actuellement commercialisées . Il est sous sa forme lithiée LiCoO₂ lorsque la batterie est déchargée et sous sa forme délithiée CoO₂ lorsque la batterie est chargée. Sa structure cristalline (lamellaire) est organisée en feuillets bidimensionnels entre lesquels sont insérés les ions Li⁺. Chaque feuillet est constitué d’octaèdres CoO₆ liés par leurs arêtes. La structure électronique de cet oxyde est représentée schématiquement sur la figure . Elle est décrite par deux bandes distinctes, l’une totalement remplie et basse en énergie, l’autre partiellement remplie et haute en énergie. L’analyse des niveaux électroniques de ces deux bandes révèle qu’elles sont issues des orbitales moléculaires (OM) locales d’un octaèdre CoO₆. La plus basse provient d’OM liantes (Co–O) et non liantes (Co O) majoritairement développées sur les orbitales atomiques 2p des atomes d’oxygène, tandis que la plus haute provient d’OM antiliantes (Co–O)* majoritairement développées sur les orbitales atomiques 3d du métal. Leur position en énergie est donc dictée par le fort caractère électronégatif de l’oxygène par rapport au métal de transition et par la liaison Co–O ionique qui en découle. Nous sommes ici typiquement dans le cas où les interactions intramotifs sont bien supérieures aux interactions...