Elaboration, caractérisation et étude de l'insertion électrochimique du lithium dans des matériaux associant un élément métallique au graphite

par Anne Dailly

Thèse de doctorat en Physique et chimie de la matière et des matériaux

Sous la direction de Denis Billaud.


  • Résumé

    Cette étude s'inscrit dans le cadre de la recherche de nouveaux matériaux pour électrodes négatives de batteries à ions lithium. Plusieurs voies de synthèse sont explorées afin d'élaborer des matériaux dits composites associant graphite et antimoine. Le but est de tirer avantage de l'insertion réversible du lithium dans la structure du semi-métal et celle du graphite. Des composés d'intercalation du graphite sont utilisés comme précurseurs. Un premier système graphite-nanoparticules d'antimoine dispersées dans une matrice organique est obtenu par la réduction de SbCl5 à l'aide d'un hydrure activé par un alcoolate en milieu solvant. La bonne stabilité du métal lors du cyclage oxydation/réduction électrochimique est mise en évidence. Des essais d'introduction de particules de métal entre les feuillets graphitiques par voie indirecte sont restés vains. La réduction de SbCl5 par KC8 et l'action de Cs en phase vapeur sur SbCl5 préalablement intercalé conduisent néanmoins à des composites graphite-antimoine présentant des performances électrochimiques supérieures à celles observées en l'absence d'antimoine. Finalement l'insertion d'antimoine est menée de manière indirecte en l'alliant préalablement au césium. Le composé d'intercalation du graphite résultant affiche un comportement électrochimique intéressant. Les caractéristiques structurales et morphologiques des différents systèmes sont étudiées par diffraction des rayons X et microscopie électronique à transmission afin de mieux appréhender les mécanismes susceptibles d'intervenir lors de l'insertion de lithium.

  • Titre traduit

    Elaboration, characterization and electrochemical lithium insertion study into materials associating a metal element to graphite


  • Résumé

    This study takes place within the framework of research on negative-electrode new materials for lithium-ion batteries. Several ways of synthesis are investigated to elaborate so-called composites materials associating graphite and antimony. The aim is to take advantage of the lithium reversible insertion both in the semi-metal structure and in graphite. Graphite intercalation compounds are used as precursors. A first system composed of graphite-antimony nanoparticles embedded in an organic matrix is obtained after antimony pentachloride reduction by an activated sodium hydride in solvent media. The good stability of the metal during oxidation/reduction electrochemical cycling is revealing. Attempts of introduction antimony particles between the graphitic layers by indirect method failed. Nevertheless antimony, pentachloride reduction by potassium intercalated graphite compound and cesium vapor phase action on beforehand intercalated antimony pentachloride leads to antimony-based graphite composite exhibiting electrochemical performances better than those observed in the absence of antimony. Finally, the antimony insertion is carried out by an indirect way after alloying it before with cesium. The resulting graphite insertion compound shows an interesting electrochemical behavior. Structural and morphological characteristics of the previous various systems are studied by X-Ray diffraction and transmission electron microscopy in order to better understand the mechanisms which occur during lithium insertion.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (233 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université de Lorraine (Villers-lès-Nancy, Meurthe-et-Moselle). Direction de la Documentation et de l'Edition - BU Sciences et Techniques.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : SC N2002 231
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