Thèse soutenue

Elaboration de nanocomposites LiFePO₄/Polypyrrole comme matériau d'électrode positive pour batteries à ions lithium : rôle de la morphologie et de l'interface particules-polymère sur l'optimisation des performances électrochimiques
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Auteur / Autrice : Tahar Azib
Direction : Souad AmmarAlain Mauger
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie, Surface, interface, matériaux fonctionnels
Date : Soutenance en 2012
Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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LiFePO4 est l'un des matériaux de cathode les plus prometteurs pour les batteries rechargeables dites à ion lithium. Il présente une capacité théorique spécifique élevée (170 mAh/g) et un potentiel de travail intéressant (3,45 V vs. Li+/Li). Il est aussi extrêmement stable thermiquement et électrochimiquement dans des conditions standards de fonctionnement. Malgré tous ces avantages, la conductivité électronique et ionique de ce matériau reste à améliorer. A ces fins, nous avons essayé de préparer, en utilisant le procédé polyol, des nanoparticules de LiFePO₄ de taille et de forme contrôlées et de bonne qualité cristalline. La caractérisation structurale, microstructurale et électrochimique de ces nanoparticules a montré que leur capacité est fortement dépendante de la longueur de cohérence cristallographique le long de l'axe b de la structure olivine, et que cette dernière ne peut être à moins de quelques dizaines de nanomètres. Nous avons aussi essayé de préparer des nanocomposites à partir du polypyrrole et de ces nanoparticules, ainsi que de particules de LiFePO4 de taille plus grande préparées par voie hydrothermale. Le polypyrrole (PPy) est un polymère conducteur électrochimiquement actif dans la gamme de potentiel 2-4 V. L'enrobage par le polymère a été réalisé par polymérisation chimique du monomètre pyrrole (Py) dans une suspension aqueuse de particules de LiFePO4 en variant les conditions de synthèse, y compris le rapport nominal massique Py/LiFePO4. L'analyse structurale et microstructurale a montré qu'une délithiation chimique sévère se produisait pendant le processus de polymérisation. Pour pallier cette difficultél, nous avons fonctionnalisé les particules LiFePO4, de taille nano- et submicroniquie, par un arryl modifié, portant un motif pyrrole, en utilisant la chimie des sels de diazonium. A partir des hybrides obtenus nous avons synthétisé avec succès des composites à base de PPy très peu chargés en polymère (2,5% en masse), faiblement délithiés et présentant une conduction électrique relativement élevée, ouvrant de réelles opportunités pour l'application envisagée.