Les batteries lithium-ion sont une technologie clé pour passer des énergies fossiles aux énergies renouvelables. Leur utilisation à grande échelle pose de nombreux défis auxquels font face de nouveaux matériaux. L’électrolyte (qui transporte les ions Li+ dans la batterie) peut être remplacé par un solide conducteur d’ions. L’électrolyte sulfure « argyrodite » s’assemble à froid, mais requiert de maintenir la batterie sous forte pression. Ces batteries sont donc toujours produites sous forme de petite pastille dans une presse.
Les chercheurs du SyMMES/Step en collaboration avec le CEA-Liten/DEHT ont relevé le défi de fabriquer des batteries tout-solide en adaptant les méthodes d’enduction classiques des batteries à électrolyte liquide. Or, l’argyrodite ne supporte pas l’humidité. De plus, le séparateur, habituellement un film poreux imbibé de liquide, a été remplacé par une couche d’argyrodite déposée sur la couche de matériau actif sous-jacente. Une fine mise au point de chaque matériau et étape de fabrication a permis de réaliser une batterie à cathode NMC (oxyde de lithium nickel manganèse cobalt LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2) et à anode silicium (figure 1). Le silicium est choisi comme matériau d’anode à la place du lithium métal, généralement envisagé pour les batteries tout-solide, car il assure une bonne stabilité chimique et se dépose par enduction.
Figure 1 : image par microscopie électronique d’une coupe de la batterie tout-solide
Ces nouvelles batteries ont fortement gagné en taille, passant de 0,4 à 10 cm2. Mais surtout elles ont gagné en performance car elles n’ont plus besoin que d’une pression de 10 bar pour tenir 150 cycles de charge/décharge ! Ce nouveau format de batteries est donc compatible avec une fabrication industrielle. L’équipe Liten-Irig se penche maintenant sur les raisons de cette belle stabilité mécanique…
Financements
programme FOCUS « batteries-simulation » du CEA
Collaboration
- Pascale Chenevier IRIG/SYMMES
- Cédric Haon et Sébastien Liatard LITEN/DEHT/STB