Les alliages LixSi : analyse par spectroscopie de perte d'énergiedes électrons et caractérisation électrochimique en accumulateur au lithium

par Julien Danet

Thèse de doctorat en Physicochimie du solide

Soutenue en 2011

à Nantes , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Doté d’une capacité théorique de 3579 mAh. G-1 (Li15Si4), le silicium est considéré comme un matériau d’avenir en tant qu’électrode négative pour les accumulateurs lithium-ion. Si les recherches portant sur l’optimisation de la formulation des électrodes à base de silicium sont courantes, cette thèse offre une approche particulière, en s’attachant à caractériser les phénomènes de stockage et d’extraction du lithium dans le silicium. Pour observer ces phénomènes à l’échelle nanométrique, l’utilisation d’un spectromètre de perte d’énergie des électrons (EELS) couplé à un microscope électronique à transmission (MET) se révèle particulièrement adaptée. Sa mise en oeuvre a toutefois nécessité la création préalable d’une base de données. Conçue à partir d’alliages cristallisés LixSi de compositions connues, cette base de données a permis d’établir une relation entre la composition des alliages LixSi et la position en énergie du plasmon mesuré par EELS. Par ailleurs, l’application de la base de données à l’analyse locale de la composition des électrodes à base de silicium lors du cyclage électrochimique a notamment mis en évidence un domaine biphasé Si/Li2,9Si, lors de la première lithiation de l’électrode. Après avoir remarqué que les alliages cristallisés LixSi n’ont fait l’objet que de rares études électrochimiques, une analyse du comportement de ces alliages lors de cyclages électrochimiques a été entreprise. Les résultats ainsi obtenus révèlent non seulement la possibilité d’utiliser ces alliages comme source de lithium, mais également des réactions secondaires entre le carbone, l’alliage cristallisé et l’électrolyte

  • Titre traduit

    LixSi alloys : electron energy-loss spectroscopy analysis and electrochemical characterization in lithium batteries


  • Résumé

    With a theoretical capacity of 3579 mAh. G-1 (Li15Si4), silicon is considered to be a promising material for negative electrodes in lithium-ion batteries. While research for optimizing the formulation of siliconbased electrodes is widespread, this PhD thesis provides an original approach by focusing on the characterization of the storage and extraction of lithium in silicon. In order to observe these phenomena at a nanoscale, the use of an electron energy-loss spectrometer (EELS) coupled with a transition electron microscope (TEM) proved to be particularly suitable. The implementation of this technique however required the prior creation of a database. Obtained from crystallized alloys of known compositions, this database led us to establish a relationship between the composition of LixSi alloys and their plasmon energy positions measured by EELS. The application of this database to the local-composition analysis of silicon-based electrodes revealed a two-phase Si/Li2,9 system during the first storage of lithium. Considering that, to date, few electrochemical research papers have been published on crystallized LixSi alloys, the electrochemical cycling behavior of these alloys was studied. The results revealed not only the possibility to use these alloys as a source of lithium, but also secondary reactions between carbon, the crystallized alloy and the electrolyte

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Informations

  • Détails : 1 vol. (160 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 135-139 [104 réf.]

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
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