thesis

Synthesis, structural and electrochemical characterizations of new materials for li-ion batteries

Defense date:

Jan. 1, 2013

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Institution:

Caen

Disciplines:

Materials chemistry

Authors:

Directors:

Abstract EN:

This thesis work is focused on the discovery of new electrode materials used in rechargeable lithium and sodium ion batteries. Our approach to generate and identify new high potential electrode materials is based on direct soft chemistry synthesis (precipitation, hydrothermal), ion exchange and electrochemical oxidation/reduction reactions. In the A-V-O system (A=Li, Na, Ag, Cu), a new class of material has been synthesized by lithium/sodium insertion with the general formula A2VO3. We found that the fully reduced phase Li2VO3 is showing a disordered rock-salt-type structure and delivered a reversible specific capacity of 250 mAh/g at an average potential of 2. 5 V vs. Li+/Li. Another candidate Li5W2O7 has been explored as new electrode material for Li-ion batteries in the A-W-O system. Starting from the ribbon-type structure Li2W2O7, the fully reduced phase Li5W2O7 is showing an ordered rock-salt-type structure and the electrochemical behavior of these new phases is attractive with an initial specific capacity of 162 mAh/g. We studied also the iso-structural phase Ag2W2O7 and it delivers a capacity of 193 mAh/g. Another new electrode material based on vanadium phosphate Na2VO(HPO4)2 has been prepared by ion exchange method starting from the acidic vanadium phosphate VO(H2PO4)2. This compound is an ionic conductor (=10-3S/cm at 200°C) and delivered a specific capacity of 70 mAh/g at higher voltage ~3. 9 V vs. Li/Li+ with an excellent reversibility.

Abstract FR:

Ce travail de thèse est axée sur la découverte de nouveaux matériaux d'électrodes utilisées dans les batteries Li ou Na ion et rechargeables. Notre approche pour générer et identifier de nouveaux matériaux d'électrode à fort potentiel est basé sur la synthèse directe par chimie douce (précipitations, hydrothermale), échange d'ions et réactions électrochimiques d'oxydation/réduction. Dans le système des oxydes de vanadium, une nouvelle classe de matériau a été synthétisé avec la formule générale AVO3 (avec A = Li, Na, Ag, Cu). Dans le cas du lithium, nous avons observé la formation d’une nouvelle phase Li2VO3 de structure NaCl désordonnée délivrant une capacité spécifique réversible de 250 mAh/g à un potentiel moyen de 2,5 V vs Li/Li+. Un autre nouveau matériau d'électrode à base de phosphate de vanadium Na2VO(HPO4)2 a été préparé par échange ionique à partir du phosphate acide de vanadium VO(H2PO4)2. Ce composé est un conducteur ionique ( = 10-3S/cm à 200°C) et livré une capacité spécifique de 70 mAh/g à tension plus élevée ~ 3,9 V vs Li/Li+ avec une excellente réversibilité. A la recherche de nouvelles compositions dans le système Li-M-O, nous avons synthétisé la nouvelle phase Li5W2O7 à partir de la phase en ruban Li2W2O7 par insertion électrochimique de lithium. Cette phase présente une structure de type NaCl ordonnée et un comportement électrochimique attrayant avec une capacité spécifique initiale de 162 mAh/g. Nous avons étudié également la phase Ag2W2O7 iso-structurale qui offre quant à elle une capacité de 193 mAh/g.