Modelisation du comportement electrochimique de materiaux pour batteries au lithium a partir de calculs de premiers principes

par Xavier Rocquefelte

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de Pascal Gressier.

Soutenue en 2001

à Nantes .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Le fonctionnement d'une electrode positive de batterie au lithium repose sur la possibilite d'intercaler de facon reversible du lithium au sein du materiau qui la constitue. Une telle reaction conduit souvent a une perte de la cristallinite du materiau. Une demarche theorique permettant d'acceder a la structure du compose et a la modelisation de son comportement electrochimique est presentee dans ce memoire. La premiere partie expose les fondements de la dft (density functional theory), et les merites respectifs des methodes flapw (full potential linearized augmented plane waves) et pp/pw (pseudopotential / plane waves). La seconde partie rappelle quelques concepts fondamentaux d'electrochimie comme le processus d'intercalation, les aspects thermodynamiques et les relations avec la structure electronique. Ensuite, une demarche basee sur l'optimisation de la geometrie de differentes hypotheses structurales est presentee. Cette demarche a ete appliquee a l'etude d'un compose modele limos 2, et a ensuite ete etendue a des composes d'interet industriel tels que li xv 2o 5 (0 x 3). Ainsi, pour limos 2 et -li 3v 2o 5, les structures optimisees permettent de simuler des diagrammes de diffraction rx en tres bon accord avec l'experience. Ceci a donc permis, dans le cas de li xv 2o 5, une modelisation des premieres decharges partant de -v 2o 5 et de -v 2o 5. Afin de mieux comprendre l'origine de la distorsion dans limos 2 et des variations de potentiel des courbes electrochimiques de li xv 2o 5, une analyse de la liaison chimique a egalement ete realisee. Ces resultats mettent clairement en evidence le fait qu'une approche couplant calculs de premiers principes et experiences constitue une aide efficace a la determination de la structure de composes mal cristallises. Une telle demarche contribue a la comprehension des transformations structurales induites par l'intercalation du lithium dans des oxydes de vanadium et peut ainsi etre utile a la recherche de nouveaux materiaux de batteries.


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Informations

  • Détails : 128 p.
  • Annexes : 118 ref.

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