Les futures batteries li-ions à électrolyte solide.

          J’avais fait, il y  un an, (31/05/2025), un article sur les batteries pour véhicules de demain et j’avais parlé des batteries solides.
          Depuis, on voit paraître de nombreux articles, tantôt très optimistes, qui prévoient « une révolution »de journaliste, tantôt de techniciens ou scientifiques, beaucoup pkus réservés quant au performances et délais d’industrialisation.
 

         Dans les batteries lithium-ions actuelles, , les ions lithium (Li+) vont de l’anode (-) en graphite, à la cathode (+) en Cobalt, Nickel, Manganèse (NMC), en traversant un électrolyte liquide, les électrons allant de l’anode à la cathode (à la décharge de la batterie pour alimenter le moteur). Le système est réversible, permettant la charge.
           Mais les progrès de ces batteries plafonnent.  L’énergie fournie par les batteries  est cependant passée de 90 Wh/kg à 250 à 300 Wh/kg. Le liquide électrolytique assure de bons contacts électriques. Les améliorations concernent la taille des cellules, de meilleures collecteurs de courant et l’électronique de contrôle, qui gère le fonctionnement.
          Un inconvénient subsiste : des ions métalliques lithium se déposent de manière irrégulière à la surface de l'électrode négative pendant la charge de la batterie, formant des structures métalliques semblables à des branches ou des aiguilles d’arbre : on les appelle des dendrites. Elles font peu à peu diminuer les performances de la batterie.
          A l’origine, une fine couche protectrice qui se forme naturellement à la surface de l’anode dès les premiers cycles. Elle résulte d’une réaction entre l’électrolyte et le lithium. Son rôle est essentiel : elle isole électriquement le lithium tout en laissant passer les ions. Sans elle, le lithium réagirait directement avec l’électrolyte et la cellule se dégraderait très vite.
         Mais cette couche est instable. Elle se fissure quand le volume de l’anode change pendant les cycles de charge et de décharge; une nouvelle couche se reforme par réaction chimique, à partir dudu lithium et de l’électrolyte; ce qui rend le dépôt de lithium irrégulier et favorise la croissance des dendrites.
          Dans des cas extrêmes, la batterie peut prendre feu et exploser.  L’électrolyte est en effet très inflammable. Les dendrites, si elles se développent trop, peuvent provoquer un court)circuit entre l’anode et la cathode. Une ruoture ou un percement de la batterie peut également avoir des conséquences analogues.
          Normalement un système de gestion de la batterie, correctement conçu et programmé, régule efficacement la charge pour éviter toute surcharge et les dangers qui en découlent, comme la surchauffe ou la formation de dendrites.
 

.         Dans les futures batteries, l’électrolyte liquide est remplacé par un électrolyte solide, le graphite de l’anode est remplacé par du lithium métallique. et la batterie fonctionne de façon analogue aux batteries précédentes.
         Ces batteries présentent une sécurité accrue en l’absence d’électrolyte liquide inflammable et des performances accrues en densité d’énergie. En théorie, elles ne sont pas concernées par le problème des dendrites. Mais la pratique révèle que le problème des dendrites est toujours présent.
         Les performances de prototypes ont été très prometteuses au plan performances.

         Mais les batteries tout solide nécessitent lors de la fabrication et de la recharge, d’imposer des pressions importantes pour assurer un très bon contact entre les différences pièces de la batterie, ce qui représente un coût économique élevé.
          Surtout cela impose une fabrication très différente et les usines de batteries à électrolyte liquide ne sont pas utilisables pour fabriquer les batteries solides. Il faut changer complètement les lignes de production.
          Cette industrialisation ne se fera donc pas à court terme.

          Les industriels ont essayé de développer une technologie intermédiaire hybride dans laquelle une partie de l’électrolyte solide est remplacée par un liquide, un gel ionique ou un peu de polymère.
          Les batteries hybrides présentent l’avantage d’être produites avec les mêmes procédés de fabrication que les batteries Li-ion. En contrepartie, leur sécurité et leurs performances sont réduites par rapport aux batteries tout-solide.
         Des recherches ont lieu pour remplacer le lithium de l’anode.
         Les chercheurs soulignent que si les recherches étaient mises en commun à l’échelle internationale, on gagnerait beaucoup de temps sur ces développements.