Thèse soutenue

Électrodes négatives pour batteries Li-ion à base de FeSn2 : performances, Mécanismes et Vieillissement.

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Auteur / Autrice : Mohamad Chamas
Direction : Pierre-Emmanuel Lippens
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie des matériaux
Date : Soutenance le 16/12/2010
Etablissement(s) : Montpellier 2
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-2014)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
Jury : Président / Présidente : Jean-Claude Jumas
Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Emmanuel Lippens, Stefania Panero, Danielle Gonbeau, Josette Olivier-Fourcade
Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Bonville, Dominique Larcher

Mots clés

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Résumé

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Comme dispositif de stockage de l'énergie, les batteries Li-ion possèdent de nombreux avantages et en particulier une densité d'énergie élevée. Toutefois, la recherche de nouveaux matériaux d'électrode reste nécessaire pour améliorer les performances. Ce travail concerne les matériaux d'électrode négative avec pour objectif l'augmentation de leur capacité. Dans ce but nous nous sommes intéressés à un composé intermétallique à base d'étain : FeSn2. Nous avons effectué la synthèse de ce matériau par différents procédés afin d'obtenir des microparticules et un matériau nanostructuré. L'étude des mécanismes électrochimiques a montré que pour ces deux types de matériaux la première décharge constituait une étape essentielle de restructuration de l'électrode aboutissant à la formation in situ d'un nanocomposite Fe/Li7Sn2. Le suivi quantitatif de la réaction de conversion, responsable de cette transformation, a été effectué par spectrométrie Mössbauer in situ et operando grâce à une nouvelle cellule électrochimique que nous avons développée. D'autres techniques ont été utilisées : DRX et spectrométrie d'impédance in situ, SQUID et XPS. En associant ces différentes techniques nous avons montré que les cycles de charge/décharge étaient basés sur une réaction réversible entre Li7Sn2 et LixSn riche en étain sans reformation de FeSn2. Ce résultat diffère des mécanismes observés pour CoSn2 et Ni3Sn4 et pourrait expliquer la perte progressive de capacité généralement observée avec FeSn2. Toutefois, les performances sont intéressantes avec une capacité de 400-500mAh/g sur 50 cycles entre C/10 et 10C. Enfin, nous avons mis en évidence un phénomène de vieillissement de l'électrode en fin de décharge qui provoque sa délithiation irréversible.