Thèse soutenue

Etudes de diffraction in situ pour matériaux d'électrode en batteries Li-ion et Na-ion
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Auteur / Autrice : Matteo Bianchini
Direction : Christian Masquelier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie. Chimie des solides et sciences des matériaux
Date : Soutenance le 23/10/2015
Etablissement(s) : Amiens
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de réactivité et chimie des solides (Amiens)
Equipe de recherche : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac) - Institut Max von Laue-Paul Langevin (Grenoble) - Réseau sur le Stockage Électrochimique de l'Énergie
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Masquelier, Florent Boucher, Kisuk Kang, Laurence Croguennec, Emmanuelle Suard, Stanley Whittingham, Olivier Mentré
Rapporteurs / Rapporteuses : Florent Boucher, Kisuk Kang

Mots clés

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Résumé

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Ce travail vise à étudier les matériaux d'électrodes pour batteries Li-ion et Na-ion lors qu’ils fonctionnent à l'intérieur des batteries. Afin de comprendre l'évolution structurelle des matériaux alors que les ions Li+ ou Na+ sont insérés/extraits de leur cadre, on utilise principalement la diffraction, exploitant neutrons, rayons X et le rayonnement synchrotron (SR). Nous avons adopté une approche combinée des mesures ex situ, in situ et operando. Au début, nous avons conçu une cellule électrochimique pour mesures in situ de diffraction de neutrons sur poudre (NPD), avec un alliage en (Ti,Zr) "transparent aux neutrons"; cette cellule s'est ajoutée à l’ensemble de nos outils pour effectuer des études de type operando. Nous avons démontré leur faisabilité en utilisant LiFePO4, montrant de bonnes performances électrochimiques et des données NPD de haute qualité pour affinements structurales Rietveld. Ensuite, nous avons réalisé des études des spinelles Li1+xMn2-xO4 (x=0,0.05,0.10) et LiNi0.4Mn1.6O4: pendant le cyclage, nous avons rapporté des évolutions structurelles, des diagrammes de phases et paramètres subtils tels que le comportement du Li, ou les facteurs de température. L’utilisation complémentaire du SR a clarifié la nature de la phase ordonnée Li0.5Mn2O4. Nos études combinées ont concernées d’autres matériaux d'électrodes prometteurs: LiVPO4O et Na3V2(PO4)2F3. Les 2 révèle des comportements complexes pendant la (de)intercalation du Li+/Na+. Les données de haute qualité ont permis des analyses quantitatives, dévoilant la structure d'un grand nombre des phases ordonnées et menant à la compréhension du comportement des cations dans ces matériaux