# Verres d'oxydes à base de phosphate de fer : matériaux prometteurs pour les électrodes positives des batteries Li-ion et Na-ion

Maxime de Araujo, Taos Guyot, Julia Agullo, Loic Simonin, Sebastien Martinet

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Maxime de Araujo, Taos Guyot, Julia Agullo, Loic Simonin, Sebastien Martinet. Verres d'oxydes à base de phosphate de fer : matériaux prometteurs pour les électrodes positives des batteries Li-ion et Na-ion. Journées de l'USTV - Journées Verres 2025, Nov 2025, Roscoff, France., 2025. cea-05508119

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Submitted on 12 Feb 2026

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# Verres d'oxydes à base de phosphate de fer :
## matériaux prometteurs pour les électrodes positives des batteries Li-ion et Na-ion

Maxime De Araujo<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, Taos Guyot<fnref n="1" />,<fnref n="2" />, Julia Agullo<fnref n="1" />, Loïc Simonin<fnref n="2" />, Sébastien Martinet<fnref n="2" />

## Contexte

### Electrode positive d'oxydes amorphes pour batterie A-ion (A = Li ou Na)

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Schéma de principe d'une batterie A-ion à électrode positive amorphe</figcaption></figure>

### Avantages

* Facilité d'élaboration

* Souplesse du réseau amorphe

* Densité d'énergie élevée en fonction des composition visées<fnref n="1" />,<fnref n="2" />

### Points à améliorer

* Tension moyenne de décharge plus basse (<3V vs 3,5V (vs. Li/Li⁺))<fnref n="3" />

* Perte irréversible entre 10 - 35% après le 1er cycle<fnref n="4" />

## Objectifs

* Développer des verres d'intérêts pour électrodes positives, **à teneur limitée en éléments critiques et sans V**, atteignant une densité d'énergie proche de 1000 Wh/kg en pile bouton

* Déterminer les **mécanismes qui lient les performances électrochimiques**, la **structure** et la **nature des constituants du verre**

* Analyser l'impact de la **nature de l'oxyde alcalin** sur les propriétés électrochimiques des **électrodes positives verrières au fer et phosphore**

* Etudier les **mécanismes d'insertion et de désinsertion** des ions alcalins dans la matrice vitreuse

## Formulation

<table><thead><tr><th>Echantillon verrier</th><th>Composition</th><th>A<sub>2</sub>O (%mol) (A = Li ou Na)</th><th>Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> (%mol)</th><th>P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> (%mol)</th><th>Q<sub>théo</sub> (mAh/g)</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="3">LiFeP<sub>1,4</sub></td><td>Nominale</td><td>29,0</td><td>29,0</td><td>42,0</td><td rowspan="3">136</td></tr><tr><td>EDS</td><td>29,0*</td><td>28,8 ± 0,2</td><td>42,2 ± 0,2</td></tr><tr><td>ICP-OES</td><td>28,8 ± 2,4</td><td>28,0 ± 1,2</td><td>43,2 ± 1,3</td></tr><tr><td rowspan="3">NaFeP<sub>1,4</sub></td><td>Nominale</td><td>29,0</td><td>29,0</td><td>42,0</td><td rowspan="3">126</td></tr><tr><td>EDS</td><td>30,9 ± 0,2</td><td>28,6 ± 0,2</td><td>40,5 ± 0,3</td></tr><tr><td>ICP-OES</td><td>28,0 ± 1,5</td><td>29,5 ± 1,0</td><td>42,5 ± 1,4</td></tr></tbody></table>

$$Q_{\text{théo}} = \frac{n.F}{3,6.M_{\text{verre}}}$$

n : nombre de moles de charges échangés (Fe<fnref n="2" />⁺ ⇔ Fe<fnref n="3" />⁺)

F : constante de Faraday (96485 C/mol)

M<sub>verre</sub> : masse molaire du verre (g/mol)

## Elaboration

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

## Caractérisations physico-chimiques

<figure><img src="image_6.png" /></figure>

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

<figure><img src="image_8.png" /></figure>

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

## Tests électrochimiques

<figure><img src="image_10.png" /></figure>

<figure><img src="image_11.png" /></figure>

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Cyclage à C/100, entre 4,5 V et 1,5 V
départ en charge</figcaption></figure>

<caption>Cyclage à C/100, entre 4,2 V et 1,2 V
départ en charge</caption>

## Conclusions

* Echantillons LiFeP<sub>1,4</sub> et NaFeP<sub>1,4</sub> amorphes et homogènes selon DRX et MEB-EDS

* Compositions expérimentales (MEB-EDS et ICP-OES) proches des valeurs théoriques → élaboration des verres adaptée

* Majorité de Fe<fnref n="2" />⁺ à la fin de l'élaboration → traitement thermique sous conditions réductrices bien optimisé

* Meilleures propriétés électrochimiques pour le verre au Li que le verre au Na (capacité spécifique, stabilité, tension, rétention de capacité...)

## Perspectives

* Analyse opérando des verres en cyclage

* Mössbauer pour les changements d'oxydation de Fe

* Raman pour l'évolution de la structure verrière

* Etudier de nouvelles formulations, avec d'autres éléments de transition pour augmenter la capacité spécifique théorique et améliorer les propriétés électrochimiques

## Références

<footnote n="1">¹CEA, DES, ISEC, DPME, Univ. Montpellier, Marcoule, France</footnote>

<footnote n="2">²Univ. Grenoble Alpes, CEA, LITEN, Grenoble, France</footnote>

<footnote>* La teneur en Li a été fixée à la valeur théorique, l'élément n'étant pas mesurable par EDS</footnote>

<footnote n="1">¹ Afyon, S. et al. Sci. Rep. 4, 7113 (2015).</footnote>

<footnote n="2">² Wu, X. et al. Electrochim. Acta 297, 872–878 (2019).</footnote>

<footnote n="3">³ Guyot, T., Thèse de doctorat, Univ. Grenoble Alpes, 2024.</footnote>

<footnote n="4">⁴ Delanoe, A. et al. Mater. Lett. 382, 137879 (2024).</footnote>