Synthesis and characterization of new phosphates used as positive electrode materials for lithium batteries

Synthèse et caractérisation de nouveaux phosphates utilisés comme matériaux d'électrode positive pour batteries au lithium

Nicolas Marx (1)

1 ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux

This work deals with the synthesis and characterization of new positive electrode materials for lithium batteries. Our researches were mainly focused on phosphates of transition metals, and especially on the tavorite-type materials of composition (H,Li)FePO4(OH). Their structure is characterized by a three-dimensional network with different types of tunnels, which can host inserted lithium ions. In this context, LiFePO4(OH) structure was perfectly solved, as well as that of FePO4.H2O, which is a new iron (III) phosphate discovered during this work. These two materials, together with those obtained by heat-treatment of FePO4.H2O, were characterized using different analytical techniques. Their electrochemical behavior toward intercalation / deintercalation of lithium was also studied, as well as the structural and redox processes involved.

Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux d'électrodes positives pour batteries au lithium. Nos recherches se sont principalement orientées vers les matériaux de type phosphates de métaux de transition, et notamment vers la famille des tavorites de composition (Li,H)FePO4(OH), qui présente une structure tridimensionnelle comportant plusieurs types de tunnels propices à l'insertion d'ions lithium. La structure du matériau LiFePO4(OH) a ainsi été parfaitement résolue, de même que celle du matériau FePO4.H2O, qui est un nouveau phosphate de fer (III) découvert au cours de ces travaux. Ces deux matériaux, ainsi que ceux obtenus par traitement thermique de la phase FePO4.H2O, ont été caractérisés à l'aide de différentes techniques d'analyse physico-chimiques. Leur comportement électrochimique vis-à-vis de l'intercalation / désintercalation du lithium a été étudié, ainsi que les mécanismes redox et structuraux associés mis en jeu.

Mots clés: Mössbauer spectroscopy; Electrochemistry; Raman spectroscopy; Infrared; Lithium batteries; X-ray and neutron diffraction; Ab-initio calculation

Mots clés: Batteries au lithium; Raman; Spectroscopie infrarouge; Diffraction des rayons X et des neutrons; Tavorite; Calculs ab-initio; Electrochimie; Phosphates; Spectroscopie Mössbauer

Domaines: Matériaux

Nicolas Marx. Synthèse et caractérisation de nouveaux phosphates utilisés comme matériaux d'électrode positive pour batteries au lithium. Matériaux. Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00582969⟩