SK se vante du fait que la LFP a remplacé les nanotubes dans la pâte par de la poudre. Il s’agit probablement de la première confirmation officielle concernant les nanotubes.

Le fabricant sud-coréen de cellules et de batteries Li-ion, SK On, a annoncé avoir réussi à produire des cathodes pour des cellules LFP, dans lesquelles les nanotubes utilisés dans la pâte ont été remplacés par des nanotubes sous forme de poudre. Cela peut sembler peu impressionnant, mais en réalité cela explique beaucoup des avancées considérables que nous avons observées ces dernières années dans le secteur des cellules lithium-fer-phosphate fabriquées en Chine.

La situation des cellules LFP devient un peu plus claire

Table des matières

La situation des cellules LFP devient un peu plus claire

Comment se déroule la charge d’une cellule Li-ion

Nanotubes officiellement confirmés

Comment se déroule la charge d’une cellule Li-ion

Dans les premières années de cette décennie, les cellules lithium-fer-phosphate (LFP) présentaient une faible densité énergétique et se chargeaient lentement, leurs principaux avantages par rapport aux Li-NCM étant une dégradation légèrement plus lente et un prix plus bas. Depuis 2024, les cellules LFP chinoises battent des records en termes de vitesse de charge, leur densité énergétique a rattrapé celle des Li-NCM de bonne qualité, et leurs prix non seulement n’ont pas augmenté, mais ont même baissé. Un communiqué de SK On, auquel a eu accès le site The Elec, explique en détail cette évolution.

Flux des ions de lithium pendant la charge. Cathode visible (à gauche) et anode (à droite) (c) US DoE

Le processus de chargement d’une batterie Li-ion consiste en le pompage des ions de lithium de la cathode vers l’anode. Les anodes sont principalement composées de graphite, dont la structure est constituée de vastes couches d’atomes de carbone avec beaucoup d’espace entre eux. Il n’y a pas de rétroaction. Lorsqu’un ion de lithium tombe dans une telle fissure, il se trouve de chaque côté d’immenses espaces s’étendant à l’infini [selon son échelle], où il peut s’ancrer exactement là où un électron arrive.

Cependant, ces ions de lithium doivent provenir de quelque part — ils doivent dériver depuis les cathodes. Le problème, c’est que les cathodes sont des structures cristallines bien plus complexes (sur l’illustration ci-dessus : en vert, à gauche). Pour que les ions de lithium s’en échappent, ils doivent faire des méandres. Jusqu’à présent, il n’était pas clair comment les Chinois ont réussi à faire en sorte que leurs cathodes libèrent des ions à une vitesse aussi rapide. Du moins officiellement, car des hypothèses ont été avancées concernant des nanotubes, une couche SEI enrichie et formée préalablement, ou des ions de lithium libres dérivant dans l’électrolyte.

Nanotubes officiellement confirmés

Et maintenant, une information de SK On, qui a probablement détourné les meilleurs cellules chinoises au cours du développement de ses propres cellules LFP : « nous utilisons des nanotubes dans les cathodes ». Ces derniers, auparavant appliqués sous forme de pâte (c’est-à-dire à l’aide d’un solvant), sont désormais sous forme de poudre. Il ne fait aucun doute que les Coréens ont copié leur « découverte » sur les Chinois, car ces derniers sont leaders mondiaux dans la production de cellules LFP. En d’autres termes, les cellules LFP chinoises peuvent se recharger avec des puissances gigantesques (= les cathodes libèrent rapidement les ions de lithium), car les entreprises chinoises y ont intégré des nanotubes. Ces derniers agissent comme des autoroutes, des canaux par lesquels les ions de lithium peuvent être expulsés hors de l’anode sans devoir emprunter des chemins complexes à travers la structure cristalline.

SK On n’a été prête à produire des cellules LFP qu’en 2023

Il n’est pas clair si des nanotubes se trouvent également dans les anodes, mais là, une autre forme de carbone pourrait être plus importante : le graphène [spéculations poussées de la rédaction d’Elektrowoz]. Son réseau entourant les grains de graphite permet d’augmenter la densité d’énergie par l’ajout de silicium (Si/C), car il protège les structures contre la fissuration causée par les ions de lithium. SK ne se vante pas de cela, mais nous savons que les fabricants chinois de cellules chargent depuis longtemps les anodes en silicium, qui représente aujourd’hui déjà plusieurs pour cent du matériau de l’électrode.

Quant à la découverte même de SK On : l’utilisation de nanotubes en poudre plutôt qu’en pâte permet d’éviter l’étape de chauffage de l’électrode afin d’évaporer le solvant. Il semble que les nanotubes puissent être simplement mélangés au matériau cathodique, compactés, et leur efficacité soit identique à celle des pâtes. C’est important, car le chauffage est un processus énergivore, tandis que avec des cathodes sèches, ce processus devient complètement inutile.

Nanotubes ordonnés au microscope (c) Meijo Nano Carbon, source : BusinessWire

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