Meilleurs matériaux pour batteries à ions Li : l'approche déductive et inductive du chimiste

La performance des batteries à ions lithium est essentiellement gouvernée par la nature des matériaux constituant ses électrodes, positive négative, d’où la quête constante pour la recherche de nouveaux composés. Outre les conditions requises par leurs structures cristallographiques et de bandes qui contrôlent leur capacité et leur potentiel, ces matériaux devront également obéir aujourd’hui aux concepts du développement durable. Ces derniers limiteront non seulement le choix des éléments chimiques constituant nos matériaux d’électrodes, fer, manganèse et titane étant les plus prisés, mais aussi les procédés d’élaboration mis en œuvre pour leurs préparations. Les synthèses basses températures, via les approches hydro/solvo/ionothermales ou de biominéralisation, qui sont peu énergivores, seront favorisées. On illustrera cela par deux exemples portant i) sur la synthèse de LiFePO₄via une réaction de biominéralisation à température ambiante et ii) sur la synthèse ionothermale à 250 °C d’une nouvelle famille de composés polyanioniques LiMSO₄F présentant des performances électrochimiques attractives tout en reposant sur des éléments chimiques abondants et peu coûteux. Les avancées actuelles effectuées au niveau des oxydes lamellaires, avec notamment la possibilité d’utiliser l’activité redox du réseau anionique en plus de celle du réseau cationique, seront décrites. Cela mettra en évidence l’apport de la chimie théorique raisonnée dans le design de nouveaux matériaux.