Insertion électrochimique du lithium dans des carbones désordonnés

Lithium electrochemical insertion in disordered carbons

• Auteur / Autrice : Frédéric Chevallier
• Direction : François Béguin, Jean-Noël Rouzaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physicochimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Orléans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbone -- Composés

Lithium

Résumé

La plupart des batteries à ion lithium commercialisées actuellement comportent une électrode négative en graphite. Afin de satisfaire les besoins grandissants en énergie des systèmes portables, on développe des carbones désordonnés qui, pour certains piègent réversiblement jusqu'à deux fois plus de lithium que le graphite, mais souvent avec une forte capacité irréversible. L'objectif de notre travail est donc de localiser les sites possibles de piégeage du lithium et d'optimiser les performances de ces carbones. Afin de réduire le rôle de la fonctionnalité de surface dans la formation de la couche de passivation, nous avons traité les substrats carbonés par un dépôt de carbone pyrolytique. A la suite de ce traitement, la capacité irréversible diminue de 65% par rapport à sa valeur initiale. Par ailleurs, nous avons noté une relation de proportionnalité entre la capacité irréversible et l'aire de surface active (ASA). Nous montrons alors que le carbone pyrolytique joue essentiellement le rôle de barrière de diffusion aux ions solvatés. Nous avons été les premiers à réaliser des mesures de RMN 7Li in-situ continue durant de cyclage d'une cellule carbone/lithium. Les données obtenues couplées à celles fournies par une méthode originale d'analyse d'image de METHR ont permis de mettre en évidence deux sites particuliers de stockage réversible du lithium, suivant la valeur des espaces interfeuillets aromatiques. Pour les valeurs les plus faibles, le lithium est plutôt intercalé, alors qu'il est dans un état pseudo-métallique dans les espaces plus importants. A partir de ces informations, nous proposons un modèle afin de préciser le mécanisme d'insertion réversible dans ces carbones.