Les origines de l'hystérésis de potentiel dans les batteries Li-ion

The origin of voltage hysteresis in Li-ion batteries

• Auteur / Autrice : Rémi Khatib
• Direction : Marie-Liesse Doublet, Miran Gaberšček
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physicochimie des matériaux
• Date : Soutenance le 05/04/2013
• Etablissement(s) : Montpellier 2 en cotutelle avec Univerza v Ljubljani
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Jerzy Zając
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Liesse Doublet, Miran Gaberšček, Jerzy Zając, Régis Gautier, Dominique Larcher, Marija Bešter Rogač
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Régis Gautier, Dominique Larcher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux hybrides

Batteries lithium-ion

Hystérésis

Mots clés libres

Hystérésis

Lithium

Polarisation

Interfaces

Structure électronique

Thermodynamique

Hysteresis

Lithium

Polarisation

Interface

Electronical structure

Thermodynamic

Résumé

Dans les années 2000, les matériaux de conversion sont apparus comme une alternative intéressante aux matériaux d'insertion actuellement utilisés dans les batteries Li-ion. Ils réagissent avec le lithium pour former une électrode constituée de nanoparticules métalliques encapsulées dans une matrice lithiée. Pour comprendre ces réactions, le phosphure de cobalt (CoP) a été étudié au moyen de techniques théoriques et expérimentales. La complexité de ces systèmes nanocomposites n'a pas permis de caractériser toutes les espèces présentes dans l'électrode. Cependant, les calculs DFT ont prédit la formation de composés intermédiaires dont les potentiels de formation sont cohérents avec l'expérience. De plus, ces travaux ont mis en évidence l'importance de la réactivité de surface quant à l'origine de l'hystérésis de potentiel qui nuit au rendement énergétique de ce type d'électrode. La méthodologie développée spécialement pour les réactions de conversion, mais transférable vers d'autres réaction électrochimique, a été validée par les mesures expérimentales.

In the 2000s, conversion materials appeared as an interesting alternative to the insertion materials currently used in Li-ion batteries. They react with lithium to form an electrode constituted of metallic nanoparticles embedded into a lithiated matrix. To understand those reactions, cobalt phosphide (CoP) has been studied by theoretical and experimental techniques. The complexity of those nanocomposite systems does not allow to characterize all the species present inside the electrode. However, DFT calculations predicted the formation of intermediate compounds whose the formation potentials are in agreement with the experiment. Moreover, these studies have highlighted the importance of surface reactivity about the voltage hysteresis which harms to the electrode efficiency.The methodology especially developed for conversion reactions, but transferable to others electrochemical reaction, was validated by experimental measures.