MIIT chinois : La voie vers des cellules Li-ion à une capacité encore plus élevée passe par le Mn, le Si, les technologies à état solide et le Li-métal

Le Ministère chinois de l’Industrie et des Technologies de l’information (MIIT) a identifié trois domaines dans lesquels les fabricants nationaux devraient développer des cellules lithium-ion afin d’offrir aux utilisateurs des densités énergétiques encore plus élevées. Il s’agit de : 1/ des cathodes à forte teneur en manganèse (LMR), 2/ des anodes basées sur le silicium, et surtout 3/ des électrolytes solides. Grâce à ces derniers, le niveau de sécurité des cellules sera amélioré, des capacités de charge encore plus élevées apparaîtront, ainsi que des anodes en lithium offrant la densité énergétique maximale possible.

La Chine indique quel chemin mène vers l’avenir

L’utilisation de cathodes à forte teneur en manganèse [et en lithium – note du traducteur] permet aux entreprises de se libérer partiellement de la dépendance aux approvisionnements en cobalt coûteux et en nickel assez cher. Les cathodes contenant plus de 50 à 60 % de manganèse (dans les Li-NCx : environ 10 à 20 %) présentent des problèmes de dégradation, c’est pourquoi, par le passé, les fabricants ont privilégié des compositions à forte teneur en nickel ; cependant, le manganèse offre aujourd’hui des résultats de plus en plus prometteurs (source). De plus, il permet l’utilisation de tensions de charge élevées, ce qui signifie une recharge plus rapide – mais au prix d’une dégradation accélérée.

D’autre part, la réduction des tensions au niveau de Li-NCx place les densités énergétiques des cellules LMR juste en dessous de celles de Li-NCx (NCM811), autour de 0,28 kWh/kg, avec des coûts proches de ceux du LFP.

Cellules LMR prototypes créées par Ford

Une autre voie de développement tout aussi importante consiste à optimiser les anodes en visant une teneur en silicium aussi élevée que possible. Le silicium peut retenir plusieurs fois plus d’ions (atomes) de lithium que le graphite, ce qui se traduit automatiquement par une plus grande capacité. Le problème avec de telles anodes est leur dilatation et leur dégradation rapide : les ions de lithium qui s’y infiltrent viennent briser les liaisons qui maintiennent la structure silicienne. Avantages ? Des densités d’énergie potentielles dépassant 0,3 kWh/kg et allant même jusqu’à 0,45 kWh/kg.

Diverses approches pour l’utilisation du silicium dans les anodes des cellules Li-ion. Diapositive de 2020, toujours pertinente, au moins pour les trois premières cases à gauche (c) Tesla

La voie « au manganèse » représente la solution la plus rapide pour augmenter la densité énergétique (LFP → LMR) tout en maintenant les coûts maîtrisés. La voie « au silicium » offre de hautes densités, mais à des coûts plus élevés. Cependant, l’objectif final du développement est celui des cellules à état solide. Un électrolyte solide permet de résoudre le problème de la combustibilité ; de plus, dans ce type de batteries (ASSB), il est possible d’utiliser des cathodes NCx ou de nouvelles cathodes au manganèse afin d’atteindre et même dépasser des densités énergétiques de 0,4-0,5 kWh/kg. Les coûts liés à l’anode disparaissent, car celle-ci est constituée de lithium pendant le fonctionnement de la cellule (Li-métal).

Note de la rédaction d’Elektrowozu : étant donné que le MIIT travaille depuis des années sur de nouvelles cellules, nous pouvons supposer que les nouvelles directives décrivent au moins en partie la réalité actuelle, c’est-à-dire les produits déjà disponibles.

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