Accumulateurs au lithim à haut potentiel : électrolytes et matériaux d'électrode positives
Institution:
Grenoble INPGDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of this thesis is the study of electrolytes and positive electrode materials adapted for high voltage lithium-ion batteries ("5V" systems). A key problem is the instability of classical organic electrolytes at such high potentials. The electrolyte study included the development of new electrolytes i. E. Ionic liquids and fluorinated solvents, their physiochemical and electrochemical characterization. Electrolytes with good electrochemical stability in oxidation were obtained. In a more fundamental approach, the ion dissociation in such highly concentrated electrolytes was studied. Regarding positive electrode materials, this work describes the synthesis, structural and electrochemical characterization of high potential (4. 7 V vs Li(+)/Li) lithium intercalation compounds based on the LiNi0. 5Mn1. 5O4 spinel. The study of manganese substitutions by titanium and ruthnium allowed to show the importance of the tetravalent cation on the redox mechanism at 4. 7 V. Electrochemical studies on various new electrolyte/electrode systems showed a high stability of fluorinated solvents on high potential cycling.
Abstract FR:
Ce travail de thèse a pour objectif de développer et caractériser des électrolytes et matériaux d’électrode positive adaptés aux accumulateurs lithium-ion à haut potentiel (systèmes « 5V »). La problématique est liée à l’instabilité des électrolytes organiques classiques vis-à-vis de l’électrode positive « 5 V ». L’étude sur les électrolytes a porté sur l’élaboration de nouveaux électrolytes i. E. Liquides ioniques et solvants fluorés, et leur caractérisation physico-chimiques et électrochimiques. Des électrolytes présentant une bonne stabilité en oxydation ont été obtenus. Un aspect plus fondamental de ce travail a porté sur l’étude de la dissociation des ions en milieu liquides ioniques. S’agissant des matériaux d’électrode positive, ce travail concerne l’élaboration, la caractérisation structurale et électrochimique de composés d’intercalation à haut potentiel (4,7 V vs Li+/Li) basés sur le spinelle LiNi0,5Mn1,5O4. L’étude des substitutions du manganèse par le titane et par le ruthénium a permis de mettre en évidence l’importance du cation tétravalent sur le mécanisme rédox à 4,7 V. Les mesures électrochimiques sur différents couples électrolyte nouveau/électrode « 5V » montrent une grande stabilité des solvants fluorés au cyclage à haut potentiel.