Nouveaux fluorophosphates de métaux de transition utilisés comme matériaux d'électrode positive pour batteries li-ion

New Transition Metal Fluorophosphates as Positive Electrode Materials for Li-ion Batteries

• Auteur / Autrice : Jean-Marcel Ateba Mba
• Direction : Christian Masquelier, Laurence Croguennec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 04/10/2013
• 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) - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux / ICMCB
• Jury : Président / Présidente : Mario Maglione
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rosa Palacín, Nadir Recham, Helmut Ehrenberg
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Liesse Doublet, Éric Le Fur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluor -- Composés

Phosphates

Densité

Rayons X -- Diffraction

Piles électriques

Électrodes

Mots clés libres

Électrode positive pour batteries Li-ion

Diffraction des rayons X et des neutrons

Diffraction X in situ

Fluorophosphates

Tavorite

Densités d’énergie

Positive electrode for Li-ion batteries

X-ray and neutron diffraction

In-situ X-ray diffraction

Fluorophosphate

Tavorite

Energy density

Résumé

Nos efforts se sont portés sur des fluorophosphates de structure TAVORITE de formule LiMPO4F (M = V, Fe, Ti) et LiVPO4O qui, comparés à d’autres familles structurales de phosphates tels que Li3M2(PO4)3 (NASICON) ou LiFePO4(OH) (Tavorite) possèdent d’excellentes densités d’énergie théorique comme matériaux d’électrodes dans des accumulateurs au Li. Des méthodes de synthèse reproductibles, par voie céramique en tubes scellés et/ou ionothermale (synthèse à basse température), ont été mises au point dans ce travail. Les matériaux ainsi préparés ont été caractérisés en détail par magnétométrie, par RMN et surtout par diffraction des rayons X et des neutrons. Les structures cristallines ont ainsi pu être déterminées ainsi que les mécanismes d’insertion/extraction du Li+, via de nombreuses études par diffraction X insitu lors de la charge/décharge des accumulateurs.

This work focused on TAVORITE-based fluorophosphates LiMPO4F (M = V, Fe, Ti) and LiVPO4O which, when compared with other phosphate structural families such as Li3V2(PO4)3 (NASICON) or LiFePO4(OH) (Tavorite), possess superior energy density as electrode materials for Li batteries. Reproducible synthesis procedures were developed through “classical” ceramic routes in sealed containers and/or low temperature ionothermal reaction. The obtained materials were characterized by magnetometry, solid state NMR and heavily by X-Ray and Neutron diffraction. The crystal structures of all the materials were determined, as well as the mechanisms of Li+ insertion/extraction through insitu X-Ray diffraction during electrochemical charge/discharge of the batteries.