Synthèse, mécanismes réactionnels et performances électrochimiques de Fe0.5TiOPO4 comme électrode négative pour les batteries lithium-ion.

Ce travail a pour but l’étude de matériaux phosphatés pour une application comme électrode négative dans des batteries rechargeables lithium ion. Les oxyphosphates de titane sont particulièrement intéressants en raison de leurs importantes capacités massique et volumique. Les oxyphosphates de titane à base de métaux de transition M0.5TiOPO4 (M = Ni, Co et Fe) possèdent des propriétés électrochimiques très intéressantes, impliquant à la fois des mécanismes réactionnels d'intercalation et de conversion.

L’oxyphosphate Fe0.5TiOPO4 a été synthétisé par voie sol-gel et une phase pure a été obtenue. Celle-ci a été ensuite enrobée de carbone pour améliorer la conductivité électronique, puis caractérisée par diffraction de rayons X (DRX), spectroscopie Mössbauer (SM) et spectroscopie d’absorption X (SAX), analyse thermogravimétrique (ATG), et magnétométrie. Le comportement électrochimique vis-à-vis du lithium a été étudié à différents régimes dans deux fenêtres de potentiels, 1.4-3V et 0.01-3V.

L’étude des courbes de potentiel montre l´existence de plusieurs régions avec des mécanismes réactionnels différents en fonction de la quantité de lithium inséré. L’analyse détaillée du mécanisme électrochimique a été effectuée grâce à la complémentarité des différentes techniques expérimentales en mode operando (SM, DRX et SAX). L’examen de l’ensemble des résultats nous a permis de distinguer deux types de réactions : un mécanisme d'intercalation réversible du lithium quand la batterie est cyclée entre 1.4 et 3V, et un mécanisme d´intercalation et de conversion lors du fonctionnement de la batterie entre 0.01V et 3V.