Synthèse et caractérisation de nouveaux phosphates utilisés comme matériaux d’électrode positive pour batteries au lithium

Synthesis and characterization of new phosphates used as positive electrode materials for lithium batteries

• Auteur / Autrice : Nicolas Marx
• Direction : Claude Delmas, Laurence Croguennec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 17/12/2010
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Mauvy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Le Cras
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rita Baddour-Hadjean, Christian Masquelier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthodes ab initio (chimie quantique)

Spectroscopie infrarouge

Rayons X -- Diffraction

Spectroscopie Mössbauer

Électrochimie

Phosphates

Piles au lithium

Mots clés libres

Batteries au lithium

Diffraction des rayons X et des neutrons

Spectroscopie infrarouge / Raman

Tavorite

Calculs ab-initio

Electrochimie

Phosphates

Spectroscopie Mössbauer

Lithium batteries

X-ray and neutron diffraction

Infrared / Raman spectroscopy

Tavorite

Ab-initio calculation

Electrochemistry

Phosphates

Mössbauer spectroscopy

Résumé

Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux d’électrodes positives pour batteries au lithium. Nos recherches se sont principalement orientées vers les matériaux de type phosphates de métaux de transition, et notamment vers la famille des tavorites de composition (Li,H)FePO4(OH), qui présente une structure tridimensionnelle comportant plusieurs types de tunnels propices à l’insertion d’ions lithium. La structure du matériau LiFePO4(OH) a ainsi été parfaitement résolue, de même que celle du matériau FePO4.H2O, qui est un nouveau phosphate de fer (III) découvert au cours de ces travaux. Ces deux matériaux, ainsi que ceux obtenus par traitement thermique de la phase FePO4.H2O, ont été caractérisés à l’aide de différentes techniques d’analyse physico-chimiques. Leur comportement électrochimique vis-à-vis de l’intercalation / désintercalation du lithium a été étudié, ainsi que les mécanismes redox et structuraux associés mis en jeu.

This work deals with the synthesis and characterization of new positive electrode materials for lithium batteries. Our researches were mainly focused on phosphates of transition metals, and especially on the tavorite-type materials of composition (H,Li)FePO4(OH). Their structure is characterized by a three-dimensional network with different types of tunnels, which can host inserted lithium ions. In this context, LiFePO4(OH) structure was perfectly solved, as well as that of FePO4.H2O, which is a new iron (III) phosphate discovered during this work. These two materials, together with those obtained by heat-treatment of FePO4.H2O, were characterized using different analytical techniques. Their electrochemical behavior toward intercalation / deintercalation of lithium was also studied, as well as the structural and redox processes involved.