Preparation and characterization of iron oxide electrode materials for lithium-ion batteries by electrochemical and spectroscopic (XPS, ToF-SIMS) methods

par Bingbing Tian

Thèse de doctorat en Chimie physique et chimie analytique

Sous la direction de Philippe Marcus et de Vincent Maurice.

Le jury était composé de Michel Rosso, Rémi Dedryvere, Philippe Laruelle, Didier Devilliers, Jean-Pierre Pereira-Ramos, Jolanta Swiatowska.

  • Titre traduit

    Préparation et caractérisation des matériaux d'électrode en oxyde de fer pour les batteries lithium-ion par méthodes électrochimiques et spectroscopiques (XPS, ToF-SIMS)


  • Résumé

    Les batteries lithium-ion sont largement utilisées comme source d'énergie pour les appareils électroniques portables. L'oxyde de fer (principalement α-Fe2O3), l'un des oxydes de métal de transition les plus important, a suscité l’intérêt scientifique depuis qu'il a été reporté comme matériau d'anode pour les batteries lithium-ion en raison de sa capacité théorique élevée (1007 mAh g-1), de son respect de l'environnement, de son abondance et de son faible coût. Dans cette thèse, une électrode modèle en couche mince d'oxyde de fer a été préparée par simple oxydation thermique à 300 °C dans l'air d'un substrat de fer métallique pur, utilisé aussi comme collecteur de courant. Une variété de techniques d'analyse, électrochimiques (CV, EIS et cyclage galvanostatique), spectroscopiques (XPS, ToF-SIMS) et microscopiques (MEB et AFM), ont été mises en oeuvre pour étudier les mécanismes réactionnels et la chimie de surface de l'oxyde de fer à différents stades de lithiation/délithiation et cyclage.


  • Résumé

    Lithium-ion batteries (LIBs) are widely used as power sources for portable electronic devices. Iron oxide (mainly α-Fe2O3), as one of the most important transition metal oxide, has attracted attention due to its high theoretical capacity (1007 mAh g-1), environmental friendliness, abundance and low cost since reported as anode material for LIBs. In this thesis, an iron oxide thin film model electrode was prepared by simple thermal oxidation of pure metallic iron substrate at 300 oC in air, also used as a current collector. Electrochemical methods (CV, EIS and galvanostatic cycling) were combined with surface (XPS, ToF-SIMS) and microscopic (SEM, AFM) analytical techniques to investigate the reaction mechanisms and the surface chemistry of the iron oxide thin film at different stages of lithiation/delithiation and upon cycling.


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