Litiumjonbatterier (LIB) är viktiga komponenter i dagens teknologi och används för att driva en mängd olika elektroniska system, allt från datorer och mobiltelefoner till bilar och flygplan. Eftersom efterfrågan på effektiv energilagring fortsätter att växa finns ett fortsatt behov för forskning och utveckling inom området. Denna rapport undersöker hårt kol, ett lovande material för anoder i litiumjonbatterier och andra alkali-jon batterier. I likhet med grafit är hårt kol ett kolbaserat material som inte är en väldefinierad allotropp utan en komplex blandning med avseende på både hybridiseringstillstånd och långdistansordning.  Därför är den mycket dåligt definierat. Ändå är hårt kol ett önskvärt material eftersom det kan produceras från förnybara resurser samt på grund av dess kompatibilitet med natrium, vilket möjliggör natriumjonbatterier. I den här studien har elektroder av hårt kol syntetiserats och litierats i olika grader och sedan studerats med 7Li NMR-spektroskopi där både spektra och longitudinella relaxationshastigheter mättes. Vid lägre litieringsnivåer observerades tydliga smala 7Li toppar inom intervallet 4-16 ppm, vilket indikerar förekomsten av joniskt litium. Vid högre litieringsnivåer framträdde en bred topp vid 61 ppm. Utseendet av denna topp, tillsammans med en hög Knight-skift, indikerar närvaron av kvasi-metalliskt litium. Det är värt att notera att detta kvasi-metalliska litium finns i de oordnade och porösa områdena hos hård kol. 7Li longitudinella relaxationshastigheter, som rapporterar om jonisk dynamik, registrerades vid olika temperaturer och från det observerade temperaturberoendet beräknades den genomsnittliga aktiveringsenergin för de involverade joniska rörelserna. Intressant nog visade sig denna aktiveringsenergi vara lägre jämfört med den i PAN-baserade kolfibrer och grafit, som båda uppvisar en högre grad av ordning. Denna observation tyder på ett samband mellan lokal oordning och snabbare jondynamik. / Lithium-ion batteries (LIB) are vital components of modern technology, powering a wide range of devices from computers and cell phones to cars and aeroplanes. As the demand for efficient energy storage continues to grow, research and development in the field of lithium-ion batteries remain active. This report focuses on the investigation of hard carbon, a promising anode material for lithium-ion batteries and other alkali-ion batteries. Akin to graphite, hard carbon is a carbon-based material that is not a well-defined allotrope but a complex mixture with regard to both hybridization state and long-range order. Hence it is very poorly defined. Yet, hard carbon is a desirable material as it can be produced from renewable resources and because of its compatibility with sodium, allowing for sodium-ion batteries. In this study, hard carbon electrodes were synthesised and lithiated to various degrees and then studied with 7Li NMR spectroscopy where both spectra and longitudinal relaxation rates were measured.   At lower lithiation levels, distinct narrow 7Li peaks were observed within the 4-16 ppm range, indicating the presence of ionic lithium. At higher lithiation levels a broad peak at 61 ppm emerged. The appearance of this peak, along with a high Knight shift, signifies the presence of quasi-metallic lithium, presumably in the more disordered and more porous regions of hard carbon. The 7Li longitudinal relaxation rates, reporting on ionic dynamics, were recorded at different temperature and from the observed temperature dependence the average activation energy for the involved ionic motions was calculated. Interestingly, this activation energy was found to be lower compared to that for PAN-based carbon fibres and graphite, both of which exhibit a higher degree of order. This observation suggests a correlation between local disorder and faster ion dynamics.

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Les oxydes La2Mo2-yWyO9 (1,0 ≤y ≤ 2,0) ont été obtenus par voie de synthèse solide-solide et caractérisés par diffraction des rayons X (température ambiante et en température) ainsi que par analyse thermique différentielle. Un diagramme de phase de ce système est proposé. Les phases thermodynamiquement stables à température ambiante sont : pour 1,0≤ y ≤1,2 une solution solide de type β-La2Mo2O9 (cubique); pour 1,3≤ y ≤1,575 un domaine biphasique de phases de type β-La2Mo2O9+ α-La2W2O9 et pour 1,6≤ y ≤2,0 une solution solide de type α-La2W2O9. Dans le domaine biphasique, une distribution inhomogène du tungstène est suspectée. Il est clair que les composés à teneur en tungstène supérieure à y=1,2 ne conviennent pas pour utilisation en piles à combustibles à oxydes solides.Des études de diffusion cationiques par SIMS ont été menées sur des couples La2Mo2O9 (LMO)/La0.8Sr0.2MnO3-δ (LSM) après leurs recuits à haute température. Des cristaux de LaMnO3 en forme de barreau ont été observés sur les pastilles de LMO et la croissance d’une phase de type SrMoO4 a été constatée sur la pastille LSM. Des hypothèses expliquant les mécanismes possibles de diffusion sont présentés. Les coefficients de diffusion en volume du strontium et du manganèse dans LMO et du molybdène dans LSM sont estimés proches respectivement de 1x10-20 cm2.s-1 et 1x10-15 cm2.s-1 à 800°C. Des études similaires de diffusion ont été menées par dépôts de solutions riches en cations manganèse et strontium sur des pastilles de LMO et d’une solution riche en cation molybdène sur une pastille de LSM. Après recuit, la formation de cristaux de LaMnO3 au niveau de la zone de dépôt de la solution de manganèse a été observée. Les coefficients de diffusion du molybdène dans LSM et du strontium dans LMO semblent être beaucoup plus importants -proches de 1-2x10-10cm2.s-1 à 1150°C- que ceux obtenus lors des mesures sur couple LMO/LSM. De par leur réactivité, le couple LMO/LSM ne semble pas adapté pour une application dans le domaine des piles à combustible, sauf si une couche tampon appropriée les sépare.Les stabilités de LMO et de LMO dopé tungstène ont été étudiées sous atmosphères réductrices. Suivant le taux de perte en oxygène, des changements structuraux successifs ont été observés : de phase LMO à La7Mo7O30(7730), phase amorphe réduite La2Mo2O7-δ et décomposition partielle sous forme de molybdène métallique. Le domaine de stabilité de La2Mo2-yWyO9 sous faible pression de O2 ne semble pas dépendant du taux de tungstène alors que la cinétique de réduction, elle, évolue avec y. En revanche, la limite de stabilité de la phase 7730 apparait dépendante du taux de tungstène. La phase réduite amorphe existe sur un large domaine de stoechiométrie en oxygène (7-δ de 6,69 à 6,20), cependant sa stabilité vs. PO2 reste à démontrer. Les mesures de résistivité conduites sur un échantillon amorphe de La2Mo2O7-δ de faible compacité et sans fissure ont montré une augmentation significative de la conductivité (> 1 S.cm-1 à 1000 K) vis-à-vis de La2Mo2O9, avec une pseudo-énergie d’activation de 0.255eV. Il a été supposé qu’une conductivité électronique de type n résulte de la réduction partielle des cations Mo6+ en Mo3+ et Mo4+. / La2Mo2-yWyO9 (y = 1.0 to 2.0) oxides were synthesized by conventional solid state route and studied by XRD, TC-XRD and DTA. A phase diagram of the series was proposed. The thermodynamically stable phases at room temperature are: for 1.0≤ y ≤1.2 a cubic β-La2Mo2O9 type solid solution, for 1.3≤ y ≤1.575 a biphasic mixture of β-La2Mo2O9 type + α-La2W2O9 type phases, and for 1.6≤ y ≤2.0 a triclinic α-La2W2O9 type solid solution. Inhomogeneous distribution of W is suspected in the biphasic samples. It is clear that the compounds above y =1.2 are not suitable for SOFC applications.Cationic diffusion studies were performed using SIMS on La2Mo2O9 (LMO)/La0.8Sr0.2MnO3-δ (LSM) annealed couples. Rod shaped LaMnO3 grains were observed on LMO pellet and SrMoO4 type phases were seen to be growing on LSM pellet. Hypotheses for possible reaction mechanisms are presented. Bulk diffusion coefficients of Sr and Mn in LMO and of Mo in LSM are extrapolated to be around 1x10-20 cm2.s-1 and 1x10-15 cm2.s-1, respectively, at 800oC. Similar diffusion studies were performed by depositing Mn and Sr cation rich solutions on LMO pellets and Mo rich solution on LSM pellet. Mn solution was observed to be forming, upon annealing, LaMnO3 single crystals on the surface of the LMO pellet. Mo in LSM and Sr in LMO diffusion coefficients appear to be much higher than in LMO/LSM couple experiments, namely around 1-2x10-10cm2.s-1 at 1150°C. Because of the reactivity, LMO/LSM couple is not desirable for SOFC applications, unless an appropriate buffer layer separates them.The stability of LMO and W-LMO was studied under reductive atmospheres. Successive structural changes from LMO to La7Mo7O30 (7730), an amorphous reduced phase La2Mo2O7-δ, and partial decomposition to metallic Mo were observed as a function of oxygen loss. The pO2 stability domain of La2Mo2-yWyO9 did not appear to change with W content, but the reduction kinetics varied with y. At reverse, the stability limit of the 7730 phase was found to be dependent on W content. The amorphous reduced phase can accommodate a wide range of oxygen stoichiometry (7-δ from 6.69 to 6.20), but its stability vs. pO2 is questioned. Resistivity measurements performed on a low compacity crack-free amorphous La2Mo2O7-δ sample showed significant increase in the conductivity (> 1 S.cm-1 at 1000 K) relative to La2Mo2O9, with a pseudo activation energy 0.255eV. It is postulated that n-type electronic conductivity arises from partial reduction of hexavalent Mo6+ to a mixture of Mo3+ and Mo4+.

A prototype 3-dimensional (3D) anode, based on multiwall carbon nanotubes (MWCNTs), for Li-ion batteries (LIBs), with potential use in Electric Vehicles (EVs) was investigated. The unique 3D design of the anode allowed much higher areal mass density of MWCNTs as active materials, resulting in more amount of Li+ ion intake, compared to that of a conventional 2D counterpart. Furthermore, 3D amorphous Si/MWCNTs hybrid structure offered enhancement in electrochemical response (specific capacity 549 mAhg-1). Also, an anode stack was fabricated to further increase the areal or volumetric mass density of MWCNTs. An areal mass density of the anode stack 34.9 mg/cm2 was attained, which is 1,342% higher than the value for a single layer 2.6 mg/cm2. Furthermore, the binder-assisted and hot-pressed anode stack yielded the average reversible, stable gravimetric and volumetric specific capacities of 213 mAhg-1 and 265 mAh/cm3, respectively (at 0.5C). Moreover, a large-scale patterned novel flexible 3D MWCNTs-graphene-polyethylene terephthalate (PET) anode structure was prepared. It generated a reversible specific capacity of 153 mAhg-1 at 0.17C and cycling stability of 130 mAhg-1 up to 50 cycles at 1.7C.

Au cours des dernières années, le développement des batteries Li-ion a révolutionné nos modes de vie. Compte tenu de la croissance exponentielle en batteries, le besoin se répercute sur les matériaux de base, qui sont entre autres, synthétisés à partir de sels de lithium de haute pureté. Nemaska Lithium, une entreprise partenaire du projet, est reconnue en tant que nouveau producteur d’hydroxyde de lithium, par l’entremise d’un procédé électromembranaire breveté. Comparativement au procédé conventionnel, la solution mise en place est l’une des méthodes la plus économique et écologique à l’échelle mondiale. Dans le but de diminuer encore plus les coûts énergétiques du procédé, l’usage d’une anode dépolarisée à l’hydrogène ((ADH); H2(g) ⇄ 2H+(aq) +2é; E=0,00 V) est considérée. Cette approche demande une certaine compréhension et optimisation de l’électrode à des fins d’adaptation pour l’électrolyse. Ainsi, ce travail tant fondamental qu’appliqué a été réalisé afin d’étudier les phénomènes se produisant à l’ADH. Dans un premier temps, une étude portée sur la cinétique de réaction de l’oxydation de l’hydrogène à l’aide d’une électrode à disque tournant est réalisée. L’influence d’ions lithium et d’une couche catalytique composite sur l’efficacité de la réaction a ainsi pu être démontrée. L’identification des limitations du système a ensuite permis l’optimisation de l’ADH à l’aide d’un plan d’expérience. L’ADH est composée d’un ionomère, d’un catalyseur et d’un support à catalyseur, qui ont des propriétés intrinsèques ayant un impact direct sur l’efficacité et la durabilité de celle-ci. Conséquemment, pour une étude de performance et d’optimisation, plusieurs configurations d’assemblage d’électrode à membrane (MEA) ont été considérées visant à faire varier les proportions des différentes composantes avec un plan d’expérience. Ce projet a ainsi permis l’étude menant à une meilleure compréhension d’une nouvelle technologie d’électrolyse membranaire. / In recent years, the development of Li-ion batteries has revolutionized our lifestyles. Given the exponential demand for batteries, the requirement is for base materials, which are synthesized from high-purity lithium salts. Nemaska Lithium, a partner in the project, is recognized as a new producer of lithium hydroxide, using a patented electromembrane process. Compared to the conventional process, this solution is one of the most economical and environmentally friendly methods worldwide. In order to further reduce the energy costs of the process, the use of a hydrogen depolarized anode ((HDA); H2(g) ⇄ 2H+(aq) +2é; E0=0,00 V) is considered. This approach requires some understanding and optimization of the electrode for electrolysis adaptations. Thus, this fundamental and applied work was conducted to study the phenomena occurring at the HDA. First, a study on the kinetics of the hydrogen oxidation reaction using a rotating disk electrode is performed. The influence of lithium ions and a composite catalytic layer on the efficiency of the reaction was demonstrated. The identification of system limitations allowed the optimization of the DHA using a design of experiment. The components of a HDA have intrinsic properties which have a direct impact on its efficiency and durability. They consist of an ionomer, a catalyst, and a catalyst support. Consequently, for a performance and optimization study, several membrane electrode assembly (MEA) configurations were considered in order to vary the proportions of the different components with a design of experiment. This study provided a better understanding and development of this new membrane electrolysis technology.

Electric Propulsion (EP) is widely acknowledged as a crucial technology for future space missions, offering significant propellant savings and enabling exploration of planetary missions with smaller spacecraft (s/c). For precise attitude control of these smaller spacecraft, Field Emission Electric Propulsion (FEEP) has emerged as a favorable option due to its exceptional thrust controllability. However, the successful operation of FEEP, as well as most other EP systems, relies on an electron source, typically a Hollow Cathode (HC), to neutralize the ion beam. This cathode’s behavior must be characterized through ground testing before being integrated with the thruster. Once integrated, the whole thruster undergoes further testing. While the testing phase plays an essential role in achieving mission objectives, there is a scarcity of comprehensive papers describing the design of test setups for cathodes, such as Heaterless Hollow Cathode (HHC), or EP thrusters like FEEP. The lack of detailed information makes it challenging for those not well-versed in this particular testing methodology to effectively replicate the tests. In an effort to address this issue, this thesis utilizes literature studies and thermal analyses to propose a HHC test setup by focusing on the anode configuration and the electrical interface; Subsequently, parts of this HHC test setup are reused in a conceptual vacuum chamber adaptation, facilitating testing of FEEP. Specifically, for the HHC setup, two stainless steel plate-shaped anodes are manufactured, and an accompanying electrical schematic diagram is presented to demonstrate the proper connection of power supplies and other necessary equipment. For the FEEP setup, a chevron beam target, an aluminum shield to protect the pump, and a heat-dissipating stand are introduced. These two test setups, along with the underlying motivation, can ideally simplify future cathode and thruster testing processes, especially for those having limited familiarity with this subject matter. / Elektrisk framdrivning är allmänt erkänt som en avgörande teknologi för framtida rymduppdrag eftersom elektrisk framdrivning erbjuder betydande bränslebesparingar och möjliggör utforskning av planetära uppdrag med mindre rymdfarkoster. För exakt styrning av dessa mindre rymdfarkoster har fältjonisationsframdrivning framträtt som ett fördelaktigt alternativ på grund av sin exceptionellt styrbara drivkraft. Dock är den framgångsrika driften av fältjonisationsframdrivning, liksom de flesta andra elektriska framdrivningssystem, beroende av en elektronkälla, vanligtvis en hålkatod, för att neutralisera jonstrålen. Denna katods beteende måste karakteriseras genom marktester innan den integreras med drivsystemet. Efter integrationen genomgår hela drivsystemet ytterligare tester. Trots att testfasen spelar en avgörande roll för att uppnå uppdragsmålen finns det en brist på omfattande rapporter som beskriver utformningen av testupplägg för katoder, såsom värmelösa hålkatoder, eller elektriska framdrivningssystem så som fältjonisationsframdrivning. Den bristfälliga informationen gör det svårt för dem som inte är insatta i denna specifika testmetodik att effektivt replikera testerna. I ett försök att lösa detta problem använder denna avhandling litteraturstudier och termiska analyser för att föreslå en testuppsättning för en värmelös hålkatod genom att fokusera på anodkonfigurationen och det elektriska gränssnittet; Därefter återanvänds delar av denna värmelösa hålkatods-testuppsättning i en konceptuell vakuumkammar-anpassning för att underlätta testning av fältjonisationsframdrivning. Specifikt för den värmelösa hålkatods-uppsättningen tillverkas två platta anoder av rostfritt stål, och ett tillhörande schematiskt diagram över det elektriska gränssnittet presenteras för att demonstrera korrekt anslutning av strömförsörjning och annan nödvändig utrustning. För fältjonisationsframdrivnings-uppsättningen introduceras ett chevron-mönstrat jonstråle-mål, ett aluminiumskydd för pumpen och ett värmeavledande stativ. Dessa två testuppsättningar, tillsammans med den underliggande motiveringen, kan i bästa fall förenkla framtida testprocesser för katoder och drivsystem, särskilt för dem som har begränsad kännedom om ämnet.

Im Rahmen des ZIM-geförderten Vorhabens „Rezirkulationsgebläse-Entwicklung für die Brennstoffzellen-Technologie“ (REZEBT) wurde die Entwicklung eines neuartigen aktiven Wasserstoff-Rezirkulationsgebläses für die Anodenseite einer Brennstoffzelle bis TRL4 vorangetrieben. Das vorgestellte Gebläse besteht im Wesentlichen aus einem schnelldrehenden Turboverdichter, welcher mit einem sogenannten Medienspaltmotor angetrieben wird. Der Medienspaltmotor zeichnet sich dadurch aus, dass er das Medium durch den Spalt zwischen Rotor und Stator fördert, wodurch gänzlich auf dynamische Dichtungen verzichtet werden kann und das Medium selbst zur Kühlung genutzt werden kann. Bauartbedingt kann bei diesem permanent-erregten Synchronmotor (sensorlos) auf eine aufwändige Konstruktion und teure Produktionsprozesse verzichtet werden. Diese Veröffentlichung beschreibt den Prozess und die Herausforderungen der Auslegung sowie den Aufbau des Anodenrezirkulationsgebläses (ARG). Die Funktionsfähigkeit wurde mittels eines Prototypen demonstriert.

Dans cette thèse, nous démontrons des travaux sur la synthèse à faible coût des matériaux de cathode et l'anode pour les piles lithium-ion. Pour les cathodes, nous avons utilisé des précurseurs à faible coût pour préparer LiFePO4 et LiFe0.3Mn0.7PO4 en utilisant une méthode hydrothermale. Tout d'abord, des matériaux composites (LiFePO4/C) ont été synthétisés à partir d'un précurseur de Fe2O3 par une procédé hydrothermique pour faire LiFePO4(OH) dans une première étape suivie d'une calcination rapide pour le revêtement de carbone. Deuxièmement, LiFePO4 avec une bonne cristallinité et une grande pureté a été synthétisé en une seule étape, avec Fe2O3 par voie hydrothermale. Troisièmement, LiFe0.3Mn0.7PO4 a été préparé en utilisant Fe2O3 et MnO comme des précurseurs de bas coûts au sein d'une méthode hydrothermale synthétique. Pour les matériaux d'anode, nous avons nos efforts concentré sur un matériau d'anode à faible coût α-Fe2O3 avec deux types de synthèse hydrothermales, une a base de micro-ondes (MAH) l’autre plus conventionnelles (CH). La nouveauté de cette thèse est que pour la première fois le LiFePO4 a été préparé par une méthode hydrothermale en utilisant un précurseur Fe3+ (Fe2O3). Le Fe2O3 est un précurseur à faible coût et en combinant ses coûts avec les conditions de synthèse à basse température nous avons réalisé une réduction considérable des coûts de production pour le LiFePO4, menant ainsi à une meilleure commercialisation du LiFePO4 comme matériaux de cathode dans les piles lithium-ion. Par cette méthode de préparation, le LiFePO4/C procure une capacité de décharge et une stabilité de cycle accrue par rapport une synthétisation par la méthode à l'état solide pour les mêmes précurseurs Les résultats sont résumés dans deux articles qui ont été récemment soumis dans des revues scientifiques. / In this thesis, low cost syntheses of cathode and anode materials for lithium ion batteries will be presented. For cathode materials, low cost precursors were used to prepare LiFePO4 and LiFe0.3Mn0.7PO4 using low temperature hydrothermal method. Initially, a LiFePO4/C composite material was synthesized from a Fe2O3 precursor using a hydrothermal method to prepare LiFePO4(OH) in a first step followed by a fast calcination and carbon coating. Secondly, LiFePO4 with good crystallinity and high purity was synthesized, in one step, with nanometric sized Fe2O3 by a hydrothermal method. Thirdly, LiFe0.3Mn0.7PO4 was prepared using low cost Fe2O3 and MnO as precursors within a hydrothermal synthetic method. For anode materials, a low cost anode material α-Fe2O3 was prepared using two hydrothermal synthetic methods, microwave assisted (MAH) and conventional hydrothermal (CH). The novelty of the thesis is for the first time LiFePO4 has been prepared using a low cost Fe3+ precursor (Fe2O3) by a hydrothermal method. Low cost precursors and low temperature synthesis conditions will greatly reduce the synthetic cost of LiFePO4, leading to greater commercialization of LiFePO4 as a cathode materials for lithium-ion batteries. The as-prepared LiFePO4/C product provided enhanced discharge capacity and cycling stability compared to that synthesized using a solid state method with the same precursors. The results were summarized within two articles that were recently submitted to peer reviewed scientific journals.

Despite the central importance of porous electrodes to any advanced electrochemical system, there is no clear answer to “<i>How to make the best electrode</i>?”. The source of ambiguity lies in the incomplete understanding of convoluted material interactions at smaller – difficult to observe length and timescales. Such mesoscopic interactions, however, abide by the fundamental physical principles such as mass conservation. The porous electrodes are investigated in such a physics-based setting to comprehend the interplay among structural arrangement and off-equilibrium processes. As a result, a synergistic approach exploiting the complementary characteristics of controlled experiments and theoretical analysis emerges to allow mechanistic insights into the associated mesoscopic phenomena. The potential of this philosophy is presented by investigating three distinct electrochemical systems with their unique peculiarities.

Dans cette thèse, nous démontrons des travaux sur la synthèse à faible coût des matériaux de cathode et l'anode pour les piles lithium-ion. Pour les cathodes, nous avons utilisé des précurseurs à faible coût pour préparer LiFePO4 et LiFe0.3Mn0.7PO4 en utilisant une méthode hydrothermale. Tout d'abord, des matériaux composites (LiFePO4/C) ont été synthétisés à partir d'un précurseur de Fe2O3 par une procédé hydrothermique pour faire LiFePO4(OH) dans une première étape suivie d'une calcination rapide pour le revêtement de carbone. Deuxièmement, LiFePO4 avec une bonne cristallinité et une grande pureté a été synthétisé en une seule étape, avec Fe2O3 par voie hydrothermale. Troisièmement, LiFe0.3Mn0.7PO4 a été préparé en utilisant Fe2O3 et MnO comme des précurseurs de bas coûts au sein d'une méthode hydrothermale synthétique. Pour les matériaux d'anode, nous avons nos efforts concentré sur un matériau d'anode à faible coût α-Fe2O3 avec deux types de synthèse hydrothermales, une a base de micro-ondes (MAH) l’autre plus conventionnelles (CH). La nouveauté de cette thèse est que pour la première fois le LiFePO4 a été préparé par une méthode hydrothermale en utilisant un précurseur Fe3+ (Fe2O3). Le Fe2O3 est un précurseur à faible coût et en combinant ses coûts avec les conditions de synthèse à basse température nous avons réalisé une réduction considérable des coûts de production pour le LiFePO4, menant ainsi à une meilleure commercialisation du LiFePO4 comme matériaux de cathode dans les piles lithium-ion. Par cette méthode de préparation, le LiFePO4/C procure une capacité de décharge et une stabilité de cycle accrue par rapport une synthétisation par la méthode à l'état solide pour les mêmes précurseurs Les résultats sont résumés dans deux articles qui ont été récemment soumis dans des revues scientifiques. / In this thesis, low cost syntheses of cathode and anode materials for lithium ion batteries will be presented. For cathode materials, low cost precursors were used to prepare LiFePO4 and LiFe0.3Mn0.7PO4 using low temperature hydrothermal method. Initially, a LiFePO4/C composite material was synthesized from a Fe2O3 precursor using a hydrothermal method to prepare LiFePO4(OH) in a first step followed by a fast calcination and carbon coating. Secondly, LiFePO4 with good crystallinity and high purity was synthesized, in one step, with nanometric sized Fe2O3 by a hydrothermal method. Thirdly, LiFe0.3Mn0.7PO4 was prepared using low cost Fe2O3 and MnO as precursors within a hydrothermal synthetic method. For anode materials, a low cost anode material α-Fe2O3 was prepared using two hydrothermal synthetic methods, microwave assisted (MAH) and conventional hydrothermal (CH). The novelty of the thesis is for the first time LiFePO4 has been prepared using a low cost Fe3+ precursor (Fe2O3) by a hydrothermal method. Low cost precursors and low temperature synthesis conditions will greatly reduce the synthetic cost of LiFePO4, leading to greater commercialization of LiFePO4 as a cathode materials for lithium-ion batteries. The as-prepared LiFePO4/C product provided enhanced discharge capacity and cycling stability compared to that synthesized using a solid state method with the same precursors. The results were summarized within two articles that were recently submitted to peer reviewed scientific journals.