Abstract SYMPHOS 2011

LES PHOSPHATES, LE LITHIUM ET LE STOCKAGE DE L’ÉNERGIE
Materials & new products KN7
Dr. Michel Gauthier
Consultant, R&D et PI Phostech Lithium inc
Chercheur, Département de chimie, Université de Montréal
CSMG inc.
237 St-Ignace La Prairie, J5R 1E6, (Québec) CANADA
La légèreté du lithium (7g/at. Vs 207g/at. pour le plomb), son électronégativité (DG), son faible rayon ionique
(0.6Ao) et sa facilité à former des films de passivation conducteurs (SEI) en on fait le matériau de choix pour le
stockage de l’énergie sous forme d’accumulateurs. En 50 ans les générateurs au lithium sont passés de piles boutons
non-rechargeables, à des accumulateurs rechargeables au lithium métallique, aux lithium-ion et aux ‘berçantes’
électrochimiques (Rocking Chair) à la suite du développement d’électrolytes solides (cristallins ou polymériques) ou
liquide organiques aprotiques conducteurs des ions lithium et surtout à la suite du développement des électrodes
à insertion du lithium, essentielles à la rechargeabilité prolongée.
Un scientifique en particulier à influencé le développement phénoménal des accumulateurs au lithium-ion c’est le
Dr. J.B. Goodenough, inventeur des cathodes de LiCoO2 présentes dans la majorité des accumulateurs au lithiumion
actuels (1), co-inventeur des spinelles de manganèse et plus récemment inventeur des cathodes phosphates de
structures Olivines et Nasicon (2).
L’accumulateur au lithium idéal est le lithium-air à case de sa légèreté et de la réactivité du couple Lio-O2 pour
former Li2O (>5kWh/kg). En pratique pour assurer la réversibilité au cyclage on a dû à ce jour utiliser des oxydes
de métaux de transition au lieu de l’air (0.5kWh/kg avec le LiCoO2). Toutefois les oxydes sont parfois instables en
recharge et ont conduit à des problèmes de sécurité consécutifs à la libération d’oxygène (rappel de cellulaires et
d’ordinateurs portables suite à des incendies). Le développement du véhicule électrique et le stockage de l’énergie à
grande échelle repose sur des accumulateurs au lithium sécuritaires, performants et réalisables à un prix abordable.
En montrant que le phosphate de fer peut insérer réversiblement les ions lithium et que le lien covalent des
polyanions PO4 peut non seulement avoir un effet inductif sur le potentiel de couple redox mais également
retenir l’oxygène, le Dr. Goodenough (2) a ouvert un marché prometteur pour les phosphates comme structures
de stockage de l’énergie. La difficulté d’induire la conductivité électrique dans des matériaux jusqu’alors considérés
comme des isolants a été résolue par après par la déposition de carbone pyrolytique lors de la synthèse du LiFePO4
par Ravet et al (3), faisant d’un composé constitué d’éléments abondants et non-toxiques : Li, Fe, PO4 un matériau
de choix pour le stockage de l’énergie à grande échelle.
La présentation fera le point sur les voies de synthèse du LiFePO4, les précurseurs utilisés ainsi que sur les autres
applications possibles de la chimie des phosphates dans les nouvelles générations d’accumulateurs au lithium.
(1) J.B. Goodenough et al, Material Research Bulletin, Vol. 15 (6), p. 783-789, June 1980.
(2) J.B. Goodenough et al, J. Electrochem. Soc., 144, 1188, 1997.
(3) N. Ravet, J.B. Goodenough et al, ECS 196th Meeting, Abstract 127, Honolulu, Hawai, oct. 1999.
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