Suivre en direct l’évolution du lithium dans les batteries Li-ion

Résultats scientifiques

La charge rapide d’une batterie Li-ion s’accompagne de la formation d’amas de lithium métallique au niveau des électrodes qui détériorent leur fonctionnement, freinant ainsi leur utilisation dans l’industrie automobile. Par des expériences de spectroscopie par résonance paramagnétique électronique (RPE), des équipes du CEMHTI (CNRS/Université d’Orléans) et du LASIRe (CNRS/Université de Lille) ont obtenu des images en temps réel de la formation de ces amas appelés dendrites lors d’une charge rapide de la batterie. Ces résultats, publiés dans la revue Nature Communications, devraient permettre de mieux comprendre ce phénomène parasite.

Les batteries Li-ion largement utilisées dans nos objets portatifs du quotidien font leur entrée dans les voitures électriques. L’un des défis de l’industrie automobile est de pouvoir charger rapidement ces batteries, l’objectif affiché à long terme étant une charge intégrale en moins de 10 mn…

Mais lors de charges rapides, on constate l’apparition de « dendrites », excroissances de lithium métallique qui se forment par une réaction parasite au niveau des électrodes. Et lorsqu’une dendrite partie de l’électrode négative entre en contact avec l’électrode positive, il se crée un court-circuit qui endommage la batterie et peut provoquer un emballement thermique. Il est essentiel de comprendre comment et pourquoi elles se forment.


Des équipes du Laboratoire Conditions extrêmes et matériaux : haute température et Irradiation (CNRS/Université d’Orléans) et du Laboratoire de spectroscopie pour les interactions, la réactivité et l'environnement (CNRS/Université de Lille) ont utilisé une technique spectroscopique, la résonance paramagnétique électronique (ou RPE), pour suivre en temps réel la croissance de ces dendrites. Ainsi, Ils ont pour la première fois obtenu une image de la position spatiale et de la morphologie des dépôts métalliques de lithium, mais aussi et surtout de leur évolution en temps réel au cours d’une charge rapide. Ces travaux, réalisés dans le cadre de l’infrastructure de recherche nationale RENARD (FR3443), sont publiés dans la revue Nature Communications et devraient permettre, à terme, de mieux contrôler ce phénomène parasite.
 

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© Hervé Vezin

Référence

Charles-Emmanuel Dutoit, Mingxue Tang, Didier Gourier, Jean-Marie Tarascon, Hervé Vezin & Elodie Salager
Monitoring metallic sub-micrometric lithium structures in Li-ion batteries by in situ electron paramagnetic resonance correlated spectroscopy and imaging

Nature Communications 2021
DOI : 10.1038/s41467-021-21598-2

Contact

Elodie Salager
Chercheuse au CEMHTI / CNRS
Hervé Vezin
Chercheur au Laboratoire de spectroscopie pour les interactions, la réactivité et l'environnement (CNRS/Université de Lille)
Stéphanie Younès
Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS
Anne-Valérie Ruzette
Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS
Christophe Cartier dit Moulin
Chercheur à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC