Mécanismes de vieillissement des anodes à base de FeSn2 pour batteries Li-ion

Abstract

Les intermétalliques d’étain ont été proposés comme matériaux d’anode pour batteries Li-ion à forte densité d’énergie car leur capacité spécifique est bien supérieure à celle des anodes commerciales à base de carbone. Le mécanisme électrochimique est basé sur la transformation irréversible de FeSn2 en un composite formé de nanoparticules de fer et de Li3.5Sn lors de la première lithiation, puis de réactions réversibles modifiant la composition de Li3.5Sn, les particules de fer assurant la dispersion de ces particules à base d’étain [1]. Cependant, nous avons observé que l’électrode lithiée était instable dans le temps conduisant à l’autodécharge progressive de la batterie [2]. Ce phénomène de vieillissement a été caractérisé par spectrométrie Mössbauer du 57Fe et de 119Sn, par spectroscopie d’impédance et par mesures magnétiques (Figure 1). On montre que le composite Fe/Li3.5Sn se délithie progressivement au cours du temps conduisant à un composite faiblement lithié Fe/LixSn avec x<1. Les nanoparticules de fer sont stables et ne réagissent pas avec LixSn. Les atomes de lithium libérés réagissent avec l’électrolyte et modifient la morphologie de la couche SEI (Surface Electrolyte Interphase) située à la surface des particules LixSn du composite.[1] M. Chamas, M. T. Sougrati, C. Reibel, P.E. Lippens, Chem. Mater. 25, 2410 (2015). [2] M. Chamas, A. Mahmoud, J. Tang, S. Panero, M. T. Sougrati, P. E. Lippens, J. Phys Chem. C 121, 217 (2017)