Etude de l'insertion électrochimique du lithium dans des alliages Al-M (M=Zn,Cd,Sn,In)

par Hervé Majastre

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Francis Dalard.


  • Résumé

    La recherche d'une électrode négative pour les accumulateurs à haute densité d’énergie, nous a amené à étudier l'insertion électrochimique du lithium dans des alliages Al-M (M étant Zn, Cd, Sn, In ; additionné en faible proportion). Les caractéristiques thermodynamiques et cinétiques de ces alliages ont été déterminées à l'aide des techniques intensio-statique (GITT) et potentiostatique (PITT). Une nouvelle méthode d'analyse électrochimique fine : la voltampérométrie cyclique lente, a permis d'étudier l'évolution de la réaction d'insertion et des matériaux au cours du cyclage potensiostatique. Nous avons mis en évidence, lors de l'étude du système binaire Al-Li, d'une part l'irréversibilité de la phase métastable Al3Li à l'insertion du lithium. D'autre part, la désagrégation de l'électrode est un phénomène consécutif à la désinsertion du lithium. Et enfin, la perte de capacité est due à l'isolation électronique des grains d'alliage par la diffusion de l'électrolyte dans les fractures. De façon générale, la cyclabilité d'une électrode massive d'aluminium ou d'alliage Al-M est accrue par l'utilisation de matériaux fortement écrouis. Les dislocations amortissent les variations de volume consécutives à la transformations de phase Al3Li/ AlLi du système binaire Aluminium-lithium. L'addition d'un métal M en quantité non négligeable (supérieure à 2,5% en atome) augmente la stabilité morphologique de l'électrode. De plus, la formation préférentielle d'un alliage M-L, accroît la cinétique d'insertion du lithium dans le domaine diphasé du système binaire Al-Li.

  • Titre traduit

    = Study of lithium electrochemical intercalation in alloys (M = Zn, Cd, Sn, In)


  • Résumé

    The electrode negative research for high energy density batter, !eads us to study the electro-intercalation of lithium in alloys Al-M (where M is Zn, Cd, Sn, In; added in smalls concentrations). The thermodynamic and kinetic characteristics of these alloys Al-Li and Al-M-Li have been determined by GITT and PITT. The new electro analytical method the slow cyclovoltametry, has allowed us to study the evolution of intercalation reaction as well as the stability of the materials to the potentiodynamic cyclability. The experimentation on the Al-Li binary system has shown the irreversibility of metastable phase Al3Li to lithium insertion. The disaggregation of electrode is a phenomenon consecutive to the exit of lithium. The lost of the capacity is due to the electrical isolation of the grains by the electrolyte diffusion in the cracks. Usually, the cyclability of the solid electrode of aluminium or of the alloy Al-M is increasing by using strongly hammered material. The dislocations absorb the variation in volume consecutive to the phase transformation Al Li to Al-Li. The increasing of the morphological stability of the electrode is due to the addition of metal M. Furthermore, the preferential formation of the alloy M-Li makes the kinetic intercalation of lithium increase.

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  • Détails : 1 vol. (216 p.)
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