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Université de Montréal
Synthèse du Li
X FePO 4 par voie fondue et l'étude de la couche de carbone sur LiFePO 4 Par
Benjamin DAHERON
Département de chimie
Faculté des arts et sciences
Mémoire présenté à la faculté des études supérieures en vue de l'obtention du grade de Maitre ès Sciences (M. Sc) en chimie
Mars 2011
© Benjamin DAHERON, 2011
Université de Montréal
Faculté des études supérieures
Ce mémoire est intitulé
Synthèse du Li
X FePO 4 par voie fondue et l'étude de la couche de carbone sur LiFePO 4
Présenté par
Benjamin DAHERON
A été évalué par un jury composé des personnes suivantes
Frank Schaper : Président rapporteur
Dean MacNeil : Directeur de recherche
Richard Martel : Membre du jury
Mémoire accepté le :
i
Résumé
Le LiFePO
4 est un matériau prometteur pour les cathodes des batteries au lithium. Il possède une bonne stabilité à haute température et les précurseurs utilisés pour la synthèse sont peu couteux. Malheureusement, sa faible conductivité nuit aux performances électrochimiques. Le fait de diminuer la taille des particules ou d'enrober les particules d'une couche de carbone permet d'augmenter la conductivité. Nous avons utilisé une nouvelle méthode appelée " synthèse par voie fondue » pour synthétiser le LiFePO 4 . Cette synthèse donne des gros cristaux et aucune impureté n'est détectée par analyse Rayon-X. En revanche, la synthèse de Li X FePO 4 donne un mélange de LiFePO 4 pur et d'impureté à base de lithium ou de fer selon l'excès de fer ou de lithium utilisé.
La taille des particules de LiFePO
4 est réduite à l'aide d'un broyeur planétaire et plusieurs paramètres de broyage sont étudiés. Une couche de carbone est ensuite déposée sur la surface des particules broyées par un traitement thermique sur le LiFePO 4 avec du β-lactose. L'influence de plusieurs paramètres comme la température du traitement thermique ou la durée du chauffage sont étudiés. Ces expériences sont réalisées avec un appareil d'analyse thermogravimétrique (ATG) qui donne la quantité de chaleur ainsi que la variation de masse durant le chauffage de l'échantillon. Ce nouveau chauffage pour la couche de carbone donne des échantillons dont les performances électrochimiques sont similaires à celles obtenues précédemment avec la méthode de chauffage pour la couche de carbone utilisant le four tubulaire. ii Mots clés : synthèse par voie fondue ; broyeur planétaire ; Li X FePO 4 ; taille de particule ; couche de carbone ; Analyse Thermogravimétrique ; iii
Summary
LiFePO
4 is a promising cathode material for Lithium-ion batteries. It provides high thermal stability and is synthesized using low cost materials.
Unfortunately LiFePO
4 suffers from a low electrical conductivity, which is harmful to its electrochemical performance. Decreasing the particle size or coating the particles with carbon increases the conductivity of the material. We have used a new synthetic method called molten synthesis to synthesize LiFePO 4 . The molten synthesis produces large crystals of LiFePO 4 with no impurity detected via X-ray diffraction analysis. Moreover, the synthesis of Li X FePO 4 gives a mixture of pure
LiFePO
4 and Li-based impurities or LiFePO 4 and Fe-based impurities whenever there is an excess of lithium or iron used. The particle size of the synthesized material is reduced via a Planetary Mill and numerous milling parameters were investigated. A carbon coating was then deposited on the surface of the milled material by thermally treating LiFePO 4 with β-lactose. The influences of several parameters such as heat treatment temperature and/or heating duration were studied. These experiments were performed using a thermogravimetric analysisquotesdbs_dbs2.pdfusesText_3
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