Caractérisation analytique des matériaux d'électrode positive pour les piles au lithium

Sobh, Fatima (2014). « Caractérisation analytique des matériaux d'électrode positive pour les piles au lithium » Mémoire. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Maîtrise en chimie.

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Résumé

Dans ce mémoire, deux projets sont évoqués visant la caractérisation des matériaux de l'électrode positive utilisée dans les piles au lithium. Le premier projet consiste à faire désinsérer le lithium de la structure olivine du C-LiFePO4 (C pour carbone) au moyen d'une oxydation chimique en utilisant deux types d'oxydant, soit le peroxyde d'hydrogène et le persulfate de potassium. La délithiation complète du LiFePO4 donne lieu à la phase hétérosite Li(1-x)FePO4 (où x=1). Les mesures temporelles de lithium désinséré servent à déterminer la constante de vitesse à partir du modèle de la réaction de premier ordre. La constante de vitesse permet non seulement de déterminer la cinétique de la délithiation, mais aussi à déterminer le coefficient de diffusion du lithium dans le LiFePO4. Les valeurs de coefficient de diffusion obtenues sont comparables aux valeurs retrouvées dans la littérature. Le Li(1-x)FePO4 obtenu de la délithiation est ensuite caractérisé par diffraction des rayons X qui sert à déterminer la structure cristalline de celui-ci. Les diffractogrammes ont montré que la phase hétérosite du Li(1-x)FePO4 a été obtenue. Le Li(1-x)FePO4 est également caractérisé par spectroscopie infrarouge qui permet de déterminer les changements de l'environnement vibrationnel du produit délithié par rapport au produit lithié. Une dernière caractérisation a été réalisée par spectroscopie Raman afin de déterminer si la couche de carbone qui revêt les particules du produit oxydé a été affectée suite à l'oxydation effectuée. Les spectres Raman des produits oxydés et du produit lithié ont montré que la couche de carbone est restée intacte après l'oxydation. Après avoir effectué les caractérisations structurales et spectroscopiques, le produit oxydé est mélangé à d'autres composés conducteurs et liants pour former l'électrode composite. Celle-ci jouera le rôle de l'électrode positive dans la pile au lithium dont l'électrode négative est du lithium métallique. Une fois la pile assemblée, les caractérisations électrochimiques ont été réalisées. Suite à des tests de cyclage, les piles comportant les produits oxydés ont fourni des capacités spécifiques comparables à la valeur théorique du LiFePO4. Le deuxième projet consiste à étudier la diffusion du lithium dans le C-LiFeyMn(1-y)PO4. Les mêmes réactions d'oxydation ont été utilisées pour la délithiation et l'étude de la cinétique. Les résultats ont montré que le Mn dans le LiFeyMn(1-y)PO4 est dissout en milieu aqueux. Ce résultat a mené à la question sur la possible dissolution du Mn dans un milieu électrolytique semblable à celui retrouvé dans les piles au lithium. Pour cela une méthode de quantification du Mn a été développée. Les premiers résultats effectués par étalonnage externe ont montré la présence d'un effet de matrice. Il a donc fallu éliminer l'effet de matrice en utilisant la méthode des ajouts dosés. Les résultats ont démontré que le Mn dans le LiFeyMn(1-y)PO4 est moins soluble que le Mn dans un matériau reconnu pour être instable dans le même milieu électrolytique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Pile au lithium, électrode positive, délithiation chimique, étude cinétique, coefficient de diffusion du lithium, dissolution du Mn, quantification du Mn

Type:	Mémoire accepté
Informations complémentaires:	Le mémoire a été numérisé tel que transmis par l'auteur.
Directeur de thèse:	Schougaard, Steen Brian
Mots-clés ou Sujets:	Analyse électrochimique, Diffusion (Physique), Électrode, Manganèse, Pile au lithium, Pile rechargeable, Stockage d'énergie
Unité d'appartenance:	Faculté des sciences > Département de chimie
Déposé par:	Service des bibliothèques
Date de dépôt:	03 déc. 2014 20:58
Dernière modification:	03 déc. 2014 20:58
Adresse URL :	http://archipel.uqam.ca/id/eprint/6380

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