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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Un nouveau fluorosulfate  pour batterie lithium-ion

La batterie lithium-ion qui occupe aujourd'hui une place prédominante sur le marché de l'électronique portable se positionne maintenant dans les marchés plus importants que seront les batteries pour véhicules électriques ou hybrides rechargeables. Dans ce contexte, augmenter la densité d’énergie des systèmes de stockage tout en  maitrisant les coûts est un des challenges de ce XXIème siècle.  Des chercheurs du laboratoire de réactivité et de chimie des solides (CNRS / Université de Picardie - Amiens) et d’Alistore-ERI* ont récemment découvert un nouveau composé, le LiFeSO4F, matériau d’électrode positive pour batterie Li-ion qui ouvre la voie vers une nouvelle famille d’électrodes. Ces résultats ont été mis en ligne sur le site de la revue Nature Materials le 29 novembre 2009 .

 

La batterie lithium-ion fonctionne sur l'échange réversible de l'ion lithium entre une électrode positive, et une électrode négative. Si l’électrode négative est généralement en graphite, la plupart de ces batteries utilise des électrodes positives à base d’oxydes de cobalt ou de manganèse lithiés.  Plus récemment, le lithium phosphate de fer LiFePO4, malgré une tension plus faible (3.45 V au lieu de 4 V pour les oxydes précédemment cités), est devenu un des prétendants à ce marché des batteries pour véhicules électriques en premier lieu pour des questions de coût mais aussi de sécurité.  En effet, le fer est bien moins cher que le cobalt ou le manganèse et cette électrode,  très stable, ne produit pas d'oxygène responsable des explosions et feux de batteries Li-ion.

LiFePO4 présente cependant des limitations intrinsèques de conductivité ionique et électronique qui nécessitent de l’utiliser sous forme  de particules nanométriques et/ou de dépôts de carbone qui diminuent respectivement la densité d’énergie massique de la batterie et en augmentent le coût.

Augmenter la densité de charge doit pouvoir être obtenu, en principe, par l’introduction de fluor concomitant au remplacement du groupement phosphate par le groupement sulfate, mais des composés de  ce type n’ont encore jamais été synthétisés. C’est maintenant chose faite grâce à une stratégie de synthèse bien particulière centrée sur l’utilisation de liquides ioniques développée par les chercheurs du Laboratoire de Réactivité et de Chimie des Solides. Ils ont ainsi synthétisé ce nouveau matériau : le lithium sulfate de fer  fluoré LiFeSO4F. 

Ce composé a un potentiel légèrement supérieur au LiFePO4 (3.6 V vs 3.45 V) mais, plus intéressant encore, il possède des propriétés de conduction ionique et électronique bien supérieures ce qui facilite le passage des ions lithium d’une électrode à l’autre et donc la production de courant.  De plus, les mises en formes particulières du LiFePO4 ne sont plus nécessaires ce qui diminue le coût de fabrication de l’électrode. 

Ces travaux ouvrent donc des perspectives très importantes dans le domaine du stockage de l’énergie électrique pour les besoins qui seront les nôtres très prochainement, en particulier dans le domaine des transports.

 

* ALISTORE-ERI,  Fédération  de recherche du CNRS, est une structure composée de laboratoires européens dont l'objectif principal est de développer et d’intégrer une stratégie de recherche commune ainsi que des programmes dans le secteur du stockage de l'énergie, particulièrement consacré à la recherche de systèmes avancés de stockage d'énergie au lithium. Les activités du ALISTORE-ERI comprennent la recherche, le développement et la gestion de la propriété intellectuelle dans le domaine du stockage de l'énergie tout en servant de structure hôte à un programme Erasmus-Mundus intitulé " Materials for energy storage and conversion " en établissant des relations avec un Club d'industriels européen qui lui est associé. Cette structure réunit donc la recherche (ALISTORE-ERI), la formation (ERASMUS MUNDUS) et la valorisation (Club industriel européen).

 

Référence

N. Recham, J-N. Chotard, L. Dupont, C. Delacourt, W. Walker, M. Armand & J-M. Tarascon
A 3.6 V lithium-based fluorosulphate insertion positive electrode for lithium-ion batteries
Nature Materials (November, 29th 2009) | doi:10.1038/nmat2590

 

Contact chercheur 

Jean-Marie Tarascon,  Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides (LRCS)
Directeur-Alistore-ERI - Académie des Sciences
Tél : 03 22 82 75 84
Courriel : jean-marie.tarascon@u-picardie.fr

 

Contact directeur LRCS

Mathieu Morcrette,  Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides
Tél : 03 22 82 75 71
Courriel : mathieu.morcrette@u-picardie.fr

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Martine Hasler

 

18 décembre 2009

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