Développement de batteries lithium-ion sans cobalt

L’AIST [1], en collaboration avec la société Tanaka Chemical Corporation, a développé deux nouveaux matériaux pour fabriquer des cathodes sans cobalt pour des piles lithium-ion. Les caractéristiques électriques de ces dernières sont proches de celles actuellement commercialisées.

Les batteries lithium-ion sont couramment employées pour des petits appareils électriques tels que les téléphones ou les ordinateurs portables. Elles sont constituées d’une anode en graphite incorporant les ions lithium et d’une cathode en oxyde de cobalt. Mais ce métal reste cher, ce qui compromet l’application de cette technologie aux batteries de grande taille. Pour pouvoir étendre leur emploi aux véhicules électriques par exemple, il est nécessaire d’en améliorer les rendements, les coûts et la sécurité. De nouvelles solutions ont néanmoins été développées (cathodes en phosphate de fer, oxyde de manganèse, oxyde de nickel, oxyde de titane). La nouvelle voiture électrique iMieV de Mitsubishi est par exemple équipée d’accumulateurs lithium-ion dont la cathode est composée d’oxyde de manganèse. Toutefois les caractéristiques de ce type d’accumulateur restent inférieures à ceux employant de l’oxyde cobalt.

C’est dans ce contexte que l’équipe de recherche de l’AIST et Tanaka Chemical Corporation ont développé leur deux nouveaux matériaux, à base de fer, de nickel et de manganèse, plus courants et moins cher que le cobalt. Une première cathode a été fabriquée en Li1+x(Fe0,2Ni0,2Mn0,6)1-xO2 (0<x<1/3) (oxyde A), une seconde en Li1+x(Fe0,2Ni0,4Mn0,4)1-xO2 (0<x<1/3) (oxyde B).

Sous une tension de 5 V, le matériau A charge initialement une capacité massique de 349 mAh/g et restitue une capacité massique de 255 mAh/g. La tension moyenne délivrée est alors de 3,46 V. Ces caractéristiques sont comparables avec celle des batteries LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 déjà existantes (restitution de 220 mAh/g pour une tension moyenne de 4 V). Lorsque la cathode est constituée de l’oxyde B, la capacité massique chargée est, toujours sous une tension de 5 V, de 261 mAh/g. La cathode restitue 187 mAh/g et la tension moyenne est de 3,67 V. Ces caractéristiques sont similaires à celles des batteries LiNi1/2Mn1/2O2 (200 mAh/g restitués pour une tension de 4 V).

Après 20 cycles de charge-décharge, les piles A et B ne restituent respectivement que 76% et 65% de la capacité massique restituée lors du premier cycle. Les chercheurs nous ont cependant affirmé qu’ils pensaient pouvoir améliorer cette cyclabilité, notamment grâce à une collaboration avec des entreprises. L’usage de ces piles dans des véhicules électriques serait donc envisageable.

Ces résultats seront exposés plus en détail lors du "Cinquantième Symposium sur les batteries" organisés à Kyoto entre le 30 novembre et le 2 décembre 2009. Les chercheurs espèrent être en mesure de fournir des échantillons aux fabricants de batteries en 2010.

[1] National Institute of Advanced Industrial Science and Technology ; organisme de recherche public japonais.

BE Japon numéro 511 (28/08/2009) – Ambassade de France au Japon / ADIT – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/60279.htm