Élaborations et caractérisations physico-chimiques et électrochimiques de matériaux d’électrodes dans le système Li-Mn-O pour batteries Li ion à haute densité d’énergie
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Abstract EN:
The work realized during this PhD project is involved in the context of research of new materials as positive electrode for Li ion batteries, more precisely in the Li-Mn-O system based on the study of the nanostructured Li4Mn2O5 material. We focused on the optimization of the synthesis, on the chemical, physical, structural and electrochemical characterizations of this new material obtained at the nano scale. This material crystallizes in a disordered rock salt type structure with oxygen vacancies. The first charge capacity is larger than three lithium ions extracted (380 mAh/g), and with a reversible capacity of 2. 7 lithium ions, that to say 330 mAh/g are observed after few cycles. A study is based on the determination of the effective magnetic moment of the manganese from the magnetic susceptibility curves on materials at various charged and discharged states allow us to point out the activity of the following redox couples : Mn3+/Mn4+/Mn5+ et O2-/O22- during the electrochemical processes. Furthermore we indicate the possibility to insert oxygen in the matrix without structural change, and we compare it with the nanostructured material Li2MnO3 characterized by an ordered rock salt type structure. With reversible capacities higher than 290 mAh/g, the latter has proved to be attractive.
Abstract FR:
Les travaux réalisés au cours de cette thèse s’inscrivent dans le cadre de la recherche de matériaux innovants en tant qu’électrodes positives pour les batteries Li ion, et plus particulièrement dans le système Li-Mn-O avec l’étude du composé nanostructuré Li4Mn2O5, qui est au cœur de ce projet. Nous nous sommes concentrés sur l’optimisation de la synthèse, les caractérisations physicochimiques, structurales et électrochimiques de ce nouveau matériau obtenu à l’échelle nanométrique. Ce matériau présente une structure de type rock salt désordonné et déficitaire en oxygène. Une capacité de première charge supérieure à trois ions lithium extraits (380 mAh/g), et une capacité réversible de 2. 7 ions lithium, soit 330 mAh/g est observée après quelques cycles. Une étude basée sur le calcul du moment magnétique effectif du manganèse à partir des courbes de susceptibilité magnétique sur des matériaux à différents états de charge et de décharge nous a permis de montrer la participation des couples redox suivants : Mn3+/Mn4+/Mn5+ et O2-/O22- au cours des processus électrochimiques. Nous avons également montré la possibilité d’insérer de l’oxygène dans cette matrice sans changements structuraux, que nous avons comparé au matériau nanostructuré Li2MnO3 de structure rock salt ordonnée. Ce dernier s’est révélé être également extrêmement intéressant puisqu’il présente des capacités réversibles supérieures à 290 mAh/g.