Les phosphates de structure olivine LiMPO4 (M=Fe, Mn) comme matériau actif d’électrode positive des accumulateurs Li-ion

par Alexis Perea

Thèse de doctorat en Chimie et Physicochimie des matériaux

Sous la direction de Laurent Aldon.

Soutenue le 21-10-2011

à Montpellier 2 , dans le cadre de Sciences Chimiques (Montpellier ; École Doctorale ; ...-2014) , en partenariat avec UMR 5253 - Institut Charles GERHARDT de Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux - ICGM (laboratoire) .

Le jury était composé de Laurent Aldon, Jean-Claude Jumas, Pierre-Emmanuel Lippens, Cécile Tessier.

Les rapporteurs étaient Sylvain Franger, Yann Garcia.


  • Résumé

    Ce mémoire est consacré à la recherche de matériaux d'électrode positive pour batteries Li-ion et plus particulièrement aux phases de type olivine : LiFePO4, LiFe1-yMnyPO4, LiFe1-yCoyPO4 et LiMnyCo1-yPO4 obtenues par voie céramique. Une étude des propriétés physico-chimiques et structurales de ces composés a été réalisée par les techniques classiques de la Chimie du Solide et de la Science des Matériaux : spectrométrie Mössbauer de 57Fe, microscopie MEB et diffraction des rayons X. L'objectif de cette étude est d'identifier et de comprendre les mécanismes de réaction lors du cyclage de la batterie qui peuvent améliorer ou limiter les performances de la batterie.Cette étude a permis de montrer la complémentarité de la spectrométrie Mössbauer et de la diffraction des rayons X pour l'analyse des mécanismes d'oxydo-réduction mis en jeu dans les réactions électrochimiques. A partir du mécanisme biphasé bien connu de LiFePO4, des mécanismes électrochimiques en trois étapes et les phases formées lors du cyclage ont été identifiés pour les phases substituées au manganèse. L'aptitude de ces composés à fonctionner comme matériaux d'électrode positive de batteries Li-Ion de puissance a été démontrée par des cyclages à longue durée à différentes températures et vitesses de cyclage.

  • Titre traduit

    The lithium metal phosphates LiMPO4 olivine structure (M = Fe, Mn) as the active material of the positive electrode of Li-ion


  • Résumé

    This thesis is devoted to finding positive electrode materials for Li-ion batteries and more particularlycompounds of olivine type: LiFePO4, LiFe1-yMnyPO4, LiFe1-yCoyPO4 and LiMnyCo1-yPO4. An in-depth study of their physicochemical and structural properties was done combining Solid State Chemistry and Material Sciences techniques: Mössbauer spectrometry of 57Fe, microscopy SEM and X-ray diffraction. The aim of this study is to identify and understand the electrochemical mechanism during the cycling of the battery that can enhance or limit the battery performance. This study has shown the complementarity of Mössbauer spectrometry and X-ray diffraction to analyze the redox mechanisms involved into the electrochemical reactions. From the well-known two-phase mechanism of LiFePO4, electrochemical mechanisms in three steps and phases formed during cycling have been identified for phase substituted manganese. The ability of these compounds to be used as positive electrode materials for powerful Li-Ion batteries was demonstrated by long-term cycling at different temperatures and rates of cycling.


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