Thèse soutenue

Synthèse et propriétés électrochimiques de nouveaux nitrures mixtes de lithium et métaux de transition pour électrodes négatives performantes d'accumulateurs lithium-ion
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Auteur / Autrice : Eddie Panabiere
Direction : Jean-Pierre Pereira-Ramos
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences des Matériaux
Date : Soutenance le 11/12/2013
Etablissement(s) : Paris Est
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-2015)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est (Thiais, Val-de-Marne)
Jury : Président / Présidente : Alain Michalowicz
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Pereira-Ramos, Stéphane Bach, Frank Tessier, Patrick Willmann
Rapporteurs / Rapporteuses : Henri Groult, Jean Claude Jumas

Résumé

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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