La lithiation correspond à l’insertion d’ions lithium dans la structure d’un matériau dit d’insertion. Dans les batteries Li-ion, celle-ci se fait électrochimiquement. Des scientifiques du CNRS ont développé une méthode de lithiation chimique, sans solvant et à température ambiante, en rupture avec les approches traditionnelles très gourmandes en solvants et en énergie. Leurs résultats pourraient mener aussi bien à la synthèse de nouveaux matériaux d'électrodes qu’au recyclage des batteries en fin de vie.
La lithiation est le processus chimique par lequel des ions lithium sont insérés dans la structure cristalline d'un matériau d'électrode lors de la décharge d'une batterie lithium-ion. Ce phénomène se produit lorsque la batterie stocke de l'énergie et que les ions lithium se déplacent de l'anode vers la cathode à travers l'électrolyte. Ce processus est réversible ce qui permet à la batterie de se décharger et de se recharger plusieurs fois.
La fin de vie des batteries Li-ion provient souvent de la perte irréversible de ce lithium consommé dans des réactions parasites qui ont lieu au cours du cyclage (charge/décharge). Les scientifiques cherchent donc les voies de lithiation les plus efficaces possibles pour régénérer la cathode d’une batterie usagée par compensation des ions lithium consommés par ces réactions parasites.
Dans ce contexte, des scientifiques de l’Institut Charles Gerhardt de Montpellier (CNRS/Université de Montpellier) et du Laboratoire de réactivité et chimie des solides (CNRS/UPJV) ont focalisé leurs efforts sur le phosphate de fer lithié LiFePO4, un des meilleurs matériaux pour les batteries des véhicules électriques. Il offre en effet une excellente stabilité thermique et chimique, ce qui réduit les risques d'incendie ou d'explosion. Il présente une durée de vie plus longue et stocke une plus grande quantité d’énergie électrique. Enfin, il est plus respectueux de l'environnement, il ne fait pas intervenir de métaux critiques ou nobles et le fer est une ressource abondante.
Ils ont développé une méthode de lithiation révolutionnaire, sans solvant et à température ambiante, en rupture avec les approches traditionnelles très gourmandes en solvants ou énergivores. Ils montrent que cette réaction solide-solide, par simple contact entre le phosphate de fer et de l'iodure de lithium, mène à une lithiation complète et rapide… et écologique ! Cette méthode se révèle particulièrement efficace dans la lithiation d'électrodes usagées, une étape clé pour leur recyclage. Des résultats qui pourraient mener à de nouveaux matériaux d'électrodes pour batteries Li-ion actuellement difficiles à synthétiser par des méthodes traditionnelles. Et aussi à un recyclage performant des matériaux d'électrodes usagés.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
