Synthèse et propriétés électrochimiques de nouveaux nitrures mixtes de lithium et métaux de transition pour électrodes négatives performantes d'accumulateurs lithium-ion

par Eddie Panabiere

Thèse de doctorat en Sciences des Matériaux

Sous la direction de Jean-Pierre Pereira-Ramos.

Le président du jury était Alain Michalowicz.

Le jury était composé de Jean-Pierre Pereira-Ramos, Stéphane Bach, Frank Tessier, Patrick Willmann.

Les rapporteurs étaient Henri Groult, Jean Claude Jumas.


  • Résumé

    Dans ce travail nous avons réalisé la synthèse de nitrures structure 2D Li3-2xCoxN et de structure 3D Li7MnN4 par méthode céramique, sous atmosphère contrôlée. Après avoir acquis la maîtrise des paramètres de synthèse, nous réalisons la caractérisation structurale et l'étude des propriétés électrochimiques de chaque matériau (capacité spécifique, rechargeabilité…). Dans le cas des matériaux 2D, des affinements par la méthode de Rietveld nous ont permis de déterminer précisément les formules de ces composés. Une étude par spectroscopie diélectrique met en évidence la présence d'une faible proportion de Co+ parmi les Co2+ à l'origine de propriétés de conduction électronique. Nous montrons pour une étude DRX in-operando que le volume de maille ne varie que de 1,5% lors de d'un cycle expliquant la stabilité des capacités de 180mAh g-1 à 300 mAh g-1 selon les conditions. Dans le cas des matériaux 3D, Li7MnN4 a montré les meilleures performances avec des capacités réversibles jusqu' 300mAh g-1. Une étude DRX in-operando a montré que le mécanisme de désinsertion du lithium se déroulé en deux biphasage et une étape de solution solide. Une optimisation des performances est possible en réduisant la taille des particules par mécanobroyage : des capacités de 250 et 120 mAh g-1 sont obtenus à régime C et 5c. L'ensemble de ces nitrures présentent une forte réactivité avec l'humidité mais leur structure a pu être préservée sous air sec

  • Titre traduit

    Synthesis and electrochimicals properties of new ternary nitrides for application as negatives electrodes for lithium-ion battery


  • Résumé

    In this study, we focus on the synthesis of nitrides with 2D structure Li3-2xCoxN and 3D structure Li7MnN4 by solid state route, under controlled atmosphere. Once we master all parameters of the synthesis, we study the structural chracterization and the electrochemical properties of each compound (specific capacity, rechargeability...) In the case of 2D compounds, precises compositions were determined by Rietveld refinement A dielectric spectroscopy study demonstrate the existance of a small populations of Co+ ions among Co2+, which lead to electronic conductivity properties. By in-operando XRD study we show the lattice volume varies by only 1,5% which explains the stabilty of the specific capacity of 180mAh g-1 à 300 mAh g-1 depending on conditions. In the case of 3D compounds, Li7MnN4 showed the best performance with reversible capacities up to 300mAh g-1. A XRD in-operando study showed that the mechanism of lithium desintertion place in two biphasage and a solid solution phase. Performance optimization is possible by reducing the particle size by ball milling: capacities of 250 and 120 mAh g-1 are obtained at C and 5C rates. All these nitrides present a high reactivity with moisture but the structure was preserved in dry air


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