Batterie Li-ion

Technologie Lithium-ion

Le CEA-Liten travaille depuis des années sur les problématiques liées aux composants pour l'hydrogène et les transports. Chose rare dans le monde de la recherche, notre laboratoire s'est appliqué à suivre d'un bout à l'autre de la chaîne, de la fabrication des composants à l'assemblage final. Par le développement de matériaux innovants, l'optimisation du design, ou encore la réalisation de prototypes, notre but est de répondre aux besoins concrets des utilisateurs.

Le Liten s'impliquant dans gestion des énergies intermittentes, il s'agit alors de mettre au point d'un système de stockage adéquat, adaptés aux exigences de ces énergies et bien évidemment à ses différentes applications. Que ce soit pour le transport, les applications nomades ou encore le bâtiment (notamment avec l'intégration aux systèmes photovoltaïques), le laboratoire développe la technologie Lithium-ion en fonctions de leurs particularités, de l'automobile à l'implant auditif.

A l'heure actuelle, la majorité des batteries issues de cette technologie développée initialement pour l'électrode portable sont composées d'une électrode positive à base d'oxyde de lithium et de cobalt et d'une électrode négative en graphite, car ce système permet d'emmagasiner des quantités intéressantes d'énergie à chaque charge. Reste son coût élevé et les risques d'explosion dus à la présence de Cobalt. Breveté Liten, le composant LiFePO4 dopé au bore répond aux exigences de modularité et de forte capacité de stockage propres à la technologie Lithium-ion, mais surtout est non-toxique, moins cher (bien que dépendant des cours des métaux), et ne crée pas d'emballement thermique ce qui le rend ainsi plus fiable en terme de sécurité.

Les perspectives sont actuellement très fortes, et correspondent à une demande industrielle croissante quasiment dans tous les secteurs où la source d'énergie s'avère souvent être le point critique.
Ainsi, un nouvel acteur du domaine, la société Prollion verra le jour début 2009. Elle permettra de prendre le relais du laboratoire et de proposer une solution industrielle à nos clients.


Perspectives d'évolution

Augmentation de l'autonomie des accumulateurs :

3 axes principaux peuvent être distingués, 2 concernant l'électrode positive et le dernier l'électrode négative.
Les composés standard de l'électrode positive fonctionnent aux alentours de 150mAh/g à 3,6V.

En conséquence, le laboratoire est impliqué sur 2 types de composés :

 les oxydes spinelles à haute tension permettant de réaliser des accumulateurs à 4,6V avec une autonomie de 20 à 25% supérieure
 les oxydes lamellaires à forte capacité, potentiellement deux fois supérieure à celle de LiCoO2 commercial, permettant d'atteindre plus de 250Wh/kg

Côté négative, les travaux concernent le remplacement du graphite (300mAh/g) par des composites nanostructurés Si-C (plus de 3000mAh/g en théorie) en visant 1000mAh/g en pratique et donc entre 250 et 300Wh/kg en cellule complète.

Augmentation des performances en puissance :
2 axes principaux :

 matériaux d'électrode négative à base de titane (sécurité, durée de vie)
 architecture de batterie bipolaire (puissance)

Les objectifs visés sont d'obtenir des puissances spécifiques très élevées (>> 3kW/kg) avec des densités d'énergie supérieures aux batteries alcalines et une durée de vie de plus de 10ans. Ces objectifs doivent en plus être atteints avec un système Li-Ion totalement sûr. Le LCE travaille actuellement sur les couples LFP/LTO (micro-hybrid) mais également d'autres couples à plus forte densité d'énergie tels que LMO/LTO (mild-hybrid) ou 5V/LTO (Full-Hybrid).