Development of the fluidized bed chemical vapor deposition process to produce high performance cathode active materials for all-solid-state batteries.

La dépendance aux véhicules à moteur à combustion interne (ICE) contribue de manière significative au changement climatique, soulignant la nécessité de développer des alternatives durables. Les batteries tout-solide (ASSBs) apparaissent comme des candidats prometteurs, offrant une autonomie accrue, des temps de charge plus rapides, une meilleure sécurité et une adaptabilité à des plages de température plus larges par rapport aux batteries lithium-ion (LIBs). Cependant, des défis subsistent entre autres en termes de stabilité de l’interface cathode/électrolyte solide (SE), avec notamment la présence de réactions secondaires, l’apparition de gaz et des variations de volume qui affectent les performances des batteries. Une stratégie efficace pour surmonter ces problèmes consiste à revêtir le matériau cathodique, constitué de poudre d’oxyde de nickel-manganèse-cobalt (NMC) lithié, avec une couche protectrice d’alumine.Dans ce travail, nous avons utilisé le tri-isopropoxyde d’aluminium (ATI) pour déposer des couches nanométriques d’alumine sur de la poudre micronique NMC via un procédé de dépôt chimique en phase vapeur en lit fluidisé (FBCVD). Comme la voie FBCVD avec ATI était originale et pour répondre aux défis posés par la nature cohésive de la poudre NMC, une preuve de concept a d'abord été développée sur une poudre de silice, un matériau non toxique et facilement fluidisable. Les revêtements d’alumine sur la silice ont été obtenus à des températures de 400 à 500 °C et se sont révélés être continus et nanométriques grâce à des analyses élémentaires, structurales et de surface. Le procédé a ensuite été transféré à la poudre de NMC, pour lesquelles des études hydrodynamiques et de vibro-fluidisation ont été menées pour optimiser les paramètres de dépôt.Les expériences de dépôt sur la poudre de NMC ont été réalisées à différentes températures, sous diverses atmosphères et durées. Les analyses élémentaires via ICP-AES et XPS ont confirmé le dépôt d’alumine, tandis que les analyses SEM ont révélé que les températures les plus basses minimisaient les carbonates de surface et le frittage. L'objectif de revêtements d’épaisseur inférieure à 5 nm a été atteint en diminuant la durée de dépôt. Ce travail a permis la mise au point d’un procédé extrapolable à grande échelle permettant des dépôts nanométriques uniformes d’alumine sur des poudres de cathode NMC, qui pourrait contribuer au développement de batteries tout-solide sûres et performantes.