Oxydes et oxyfluorures de dérivés graphéniques pour pile au lithium

par Maïmonatou Mar

Thèse de doctorat en Chimie des Matériaux

Sous la direction de Katia Guerin.

Soutenue le 29-11-2016

à Clermont-Ferrand 2 , dans le cadre de École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme) (laboratoire) et de Institut de Chimie de Clermont-Ferrand - Clermont Auvergne / ICCF (laboratoire) .

Le président du jury était Bruno Ameduri.

Le jury était composé de Katia Guerin, Marc Dubois, Nicolas Batisse, Bernard Simon.

Les rapporteurs étaient Camelia Matei Ghimbeu, Marian Chatenet.


  • Résumé

    Les piles au lithium tiennent une place importante dans de nombreuses applications, notamment dans le secteur industriel à forte valeur ajoutée. Les oxyfluorures de graphites et graphènes, ainsi que leurs précurseurs oxydes, ont été identifiés comme des matériaux de cathode pouvant permettre d’augmenter la densité d'énergie de ces piles. Durant cette thèse, afin d’obtenir des nouveaux oxyfluorures de graphite, deux voies de synthèse ont été prospectées. Lors de la synthèse enchainant oxydation de Hummers puis fluoration gaz-solide, le paramètre température d’oxydation a été modulé et a donné lieu à des composés contenant des proportions différentes de fonctions oxygénées de type OH, COOH, COC. Lors de la synthèse débutant par la fluoration, différentes méthodes de fluoration ont été mise en oeuvre faisant agir soit le fluor moléculaire soit le fluor radicalaire à deux échelles de synthèse (laboratoire et micropilote). Une caractérisation minutieuse des matériaux issus de chaque voie, croisant les analyses structurales (DRX, ATG, diffusion Raman...) et analyses chimiques (IR, RMN, XPS...) a permis de cerner les modularités sur les effets de structure et de distribution de fonctions à l'échelle locale. Ce panel de composés a été testé en décharge galvanostatique en pile au lithium afin de corréler activité électrochimique des fonctions et gain en performances.

  • Titre traduit

    Graphene derivatives oxides and oxifluorides fot lithium batteries


  • Résumé

    Primary Lithium Batteries are substantial in many applications, particularly in industrial niche sectors. Graphite oxifluorides and their precursors, graphite oxides, are promising materials for the cathodes. We explored two-step synthesis combining Hummers' oxidation and solid-gas fluorination. Temperature of oxidation was key parameter to control OH, COC and COOH ratio. Direct fluorination and controlled fluorination were processed at laboratory and scaled-up. Because of complexity of the materials and specificity at each scale, we cross-checked the data from several techniques for structure (XRD, TGA, Raman spectroscopy...) and chemistry (IR, MAS NMR, XPS...) for an accurate picture. We tested the broad set of materials. Galvanostatic discharges enabled us to understand the electrochemical activity of functions at stake and key factors of design for better performances.


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