Les observations réalisées par tomographie par sonde atomique confirment l’hypothèse selon laquelle des ions lithium sont perdus au profit du collecteur de courant en cuivre dans les batteries au lithium. Cela pourrait limiter les performances et la durée de vie de ces batteries.
Toute perte de lithium réduit la capacité et la durée de vie des batteries au lithium. Après que les dernières recherches ont conduit à supposer que le lithium était perdu au profit du collecteur de courant pendant la charge, des chercheurs de l’université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, en collaboration avec le professeur Tong Li de l’Institut Helmholtz d’Ulm et une équipe dirigée par le professeur Dominic Bresser de l’Institut de technologie de Karlsruhe, en Allemagne, ont examiné cette hypothèse de plus près. Grâce à la tomographie par sonde atomique, ils ont pu vérifier que le lithium s’incorpore bel et bien dans le collecteur de courant en cuivre. Cette perte augmente avec le nombre de cycles de charge. « Comprendre ces processus est essentiel pour les batteries sans anode de demain », explique Li.
Les chercheurs présentent leurs résultats dans la revue Advanced Energy Materials du 10 juillet 2026.
Des cartes 3D précises d’éléments arbitraires
Le collecteur de courant en cuivre est une fine feuille de cuivre qui sert de substrat pour l’anode et collecte les électrons pour les conduire à la borne négative. Dans les batteries au lithium métal, le lithium peut diffuser dans le collecteur de courant en cuivre pendant le cycle de charge et décharge. « Cependant, on ignorait auparavant où s’accumulaient les ions lithium », explique Li. « Il est difficile de détecter le lithium dans le cuivre en raison du manque de méthodes analytiques pour tracer le lithium hautement réactif et léger. »
L’équipe de recherche a utilisé la tomographie à sonde atomique, qui permet la cartographie tridimensionnelle précise de n’importe quel élément avec une résolution subnanométrique. Cela a révélé qu’après un seul cycle de charge/décharge, le lithium est initialement incorporé aux joints de grains et aux jonctions de joints de la feuille de cuivre. Après trois cycles, la surface de la feuille de cuivre devient nanocristalline et oxydée. Les défauts résultants lient davantage le lithium et l’oxygène sous la surface, entraînant la dégradation du collecteur de courant en cuivre.
Perte de lithium dans la nouvelle technologie de batterie auparavant négligée
« Toutes ces informations sont importantes pour comprendre comment le collecteur de courant influence les performances des batteries au lithium du futur », explique Li ; les batteries au lithium métal (LMB), et récemment les LMB à excès nul ou sans anode sont considérées comme les prochaines étapes importantes sur la voie de densités d’énergie encore plus élevées. Elles surpassent de loin la technologie lithium-ion actuellement dominante.
« L’hypothèse générale concernant les LMB à excès nul est que le lithium ne diffuse pas dans le collecteur de courant en cuivre ni n’interagit avec lui », déclare Li. « la perte de lithium vers le collecteur de cuivre a été largement négligée jusqu’à présent, dans les discussions sur la dégradation des performances des LMB. »
Article : Atomic-Scale Tracing of Lithium Trapped in Copper Current Collectors – Journal : Advanced Energy Materials – Méthode : Observational study – DOI : Lien vers l’étude
Source : RUB
