Les batteries lithium-ion pour véhicules électriques (VE) sont confrontées à des problèmes de sécurité et de stabilité en raison de la surchauffe des séparateurs, des courts-circuits et d'une efficacité réduite. Dans le but d’atténuer ces inconvénients, les chercheurs ont utilisé une technique de polymérisation par greffage et ont développé des séparateurs innovants en couches de nanoparticules de silice, thermiquement stables et durables. Les batteries équipées de ces séparateurs sont plus sûres et présentent des performances améliorées. Ce développement peut contribuer à l’adoption des véhicules électriques pour décarboner le secteur des transports.
Les batteries lithium-ion rechargeables (ou batteries Li-ion ou LIB) sont devenues extrêmement populaires et omniprésentes au cours des trente dernières années. Grâce à leur haute densité énergétique, leur légèreté et leur capacité de recharge, elles sont largement utilisées dans les téléphones portables, les ordinateurs portables, les appareils audiovisuels, le stockage d'énergie et les véhicules électriques, et font désormais partie intégrante de notre quotidien. Les batteries lithium-ion sont écologiques, offrent un stockage d'énergie propre et contribuent à la décarbonation de l'économie.
Cependant, les batteries lithium-ion présentent un risque pour la sécurité des véhicules électriques et des systèmes de stockage d'énergie, principalement en raison de la surchauffe des séparateurs en polyoléfine. Ces séparateurs empêchent le contact direct entre la cathode et l'anode, mais ils fondent lorsque la température atteint 160 °C sous l'effet de la surchauffe. Il peut alors arriver que l'anode et la cathode entrent en contact direct par formation de dendrites de lithium, ce qui provoque des courts-circuits internes, une absorption insuffisante de l'électrolyte et une réduction de l'efficacité.
Des efforts ont été déployés pour remédier à cette lacune. L'application d'un revêtement de céramique a été envisagée mais s'est révélée inadaptée car elle augmentait l'épaisseur des séparateurs et réduisait l'adhérence.
Dans une étude récente, des chercheurs de l'Université nationale d'Incheon ont utilisé la technique de polymérisation par greffage pour fixer une couche uniforme de nanoparticules de dioxyde de silicium (SiO₂ ) sur des séparateurs en polypropylène (PP). Les séparateurs ainsi modifiés par un revêtement de SiO₂ de 200 nm d'épaisseur présentent une meilleure résistance à la chaleur et une formation de dendrites réduite, tout en conservant leur capacité de stockage d'énergie. Ces résultats suggèrent que le séparateur à base de polypropylène (PPS) des batteries lithium-ion peut être amélioré afin de limiter les courts-circuits internes et de rendre la batterie plus sûre et plus efficace.
Ce développement est pertinent et prometteur pour les LIB dans les véhicules électriques (VE) et les systèmes de stockage d’énergie. Une fois commercialisés, les LIB improvisés, plus sûrs et plus efficaces, peuvent contribuer à l’adoption de véhicules électriques respectueux de l’environnement.
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Références:
- Manthiram, A. Une réflexion sur la chimie cathodique des batteries lithium-ion. Nat Commun 11, 1550 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0
- Parc J., et al 2024. Séparateurs en couches de nanoparticules SiO2 ultra-minces par une stratégie de multifonctionnalisation de surface pour les batteries Li-métal : résistance Li-dendrite et propriétés thermiques hautement améliorées. Matériaux de stockage d'énergie. Volume 65, février 2024, 103135. DOI : https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103135
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 face safety and stability issues due to overheating of separators, short circuits and reduced efficiency. With an aim to mitigate these shortcomings, researchers used a graft polymerization technique and developed innovative silica nanoparticles layered separators that are thermally stable and durable. Batteries with these separators are safer and showed improved performance. This development can contribute to adoption of EVs towards decarbonising transport sector. ){kind=link}