Matériaux d’électrodes négatives graphite-étain pour accumulateur Li-ion : synthèse, caractérisation et propriétés électrochimiques

Graphite-tin negative electrode materials for Li-ion batteries : synthesis, characterization and electrochemical properties

• Auteur / Autrice : Cédric Mercier
• Direction : Denis Billaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Chimie de la Matière et des Matériaux
• Date : Soutenance le 13/10/2008
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie du Solide Minéral (LCSM)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Billaud, R. Schneider, P. Willmann
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : A. Hamwi, J.c. Jumas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étain -- Composés

Composés

Graphite

Électrochimie

Nanoparticules

Batteries lithium-ion

Mots clés libres

Batteries Li-ion

Systèmes graphite-étain

Résumé

Cette étude s’inscrit dans le cadre de la recherche de nouveaux matériaux anodiques à forte capacité pour accumulateurs à ion lithium. Il y est décrit, la synthèse de systèmes graphite-étain obtenus par réduction, en présence de graphite à des taux variables, des chlorures d’étain SnCl2 et SnCl4, par les hydrures alcalins NaH et LiH activés par un alcoolate. Les nanomatériaux préparés présentent des capacités réversibles stables en cyclage, assez proches de celles calculées à partir des teneurs en métal déterminées par analyse élémentaire. Cependant, on peut noter des différences importantes entre les valeurs et l’évolution en cyclage des capacités irréversibles selon l’hydrure ou le mélange d’hydrure utilisé(s). Avec l’hydrure de sodium NaH, la capacité irréversible, très élevée au premier cycle, s’annule pratiquement dès le deuxième cycle ; avec l’hydrure de lithium LiH, cette capacité irréversible, bien que plus faible au premier cycle, donne une valeur résiduelle récurrente aux cycles suivants. Il a finalement été montré que l’utilisation du mélange des deux hydrures NaH/LiH permet de préserver les avantages des deux systèmes précédents et d’obtenir des matériaux combinant de manière synergique leurs propriétés.

This study is devoted to the development of new anodic materials with high capacities for lithium-ion batteries. The synthesis of graphite-tin systems obtained by reduction, in the presence of graphite at various rates, of the tin Chlorides SnCl2 and SnCl4, by the alkoxide-activated alkaline hydrides ( sodium hydride or lithium hydride) is described. The nanomaterials prepared have stable reversible capacities in cycling, close to those calculated from the amounts of metal given by elemental analysis. However, important differences between the values and the evolution in cycling of the irreversible capacities depending on the hydride or the mixture of hydride used were observed. With sodium hydride, the irreversible capacity, very high during the first cycle, is practically cancelled at the second cycle; with lithium hydride, this irreversible capacity, although lower to the first cycle, gives a recurring residual value at the following cycles. The use of the NaH/LiH allowed to preserve the advantages of the two preceding systems and to synergistically combine their properties.