fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche conjointe de l'Université Sungkyunkwan (Sungkyunkwan University, SKKU) et de l'Université nationale de Séoul (Seoul National University) a développé un nouveau liant polymère hybride permettant de fabriquer des électrodes plus épaisses pour batteries lithium-ion, augmentant ainsi la densité énergétique tout en prolongeant la durée de vie des batteries. Les tests montrent que les batteries à poche souple utilisant ce matériau conservent 86,8 % de leur capacité initiale après plus de 200 cycles de charge-décharge, soit une durée de vie plus de deux fois supérieure à celle des batteries traditionnelles.
Cette recherche est dirigée par le professeur Ki-Jae Kim du département des sciences de l'énergie et du département d'ingénierie des énergies futures de l'Université Sungkyunkwan, en collaboration avec l'équipe de Jang Wook Choi de l'Université nationale de Séoul. Le problème industriel ciblé par cette étude est le suivant : bien que l'augmentation de l'épaisseur des électrodes puisse accroître la capacité de stockage d'énergie des batteries, les problèmes de procédé lors de la fabrication réduisent considérablement les performances de cyclage et la durée de vie des batteries.
La cause profonde du problème réside dans le liant d'électrode (binder). Le liant en polyfluorure de vinylidène (PVDF), couramment utilisé dans l'industrie, a tendance à migrer vers la surface pendant le séchage des électrodes épaisses, provoquant des fissures et un délaminage de l'électrode, affaiblissant l'intégrité structurelle, entravant la mobilité des ions lithium et accélérant la dégradation de la batterie. L'équipe de recherche a développé un liant hybride à double action appelé DHP, composé de fibres élastiques à haute élasticité (spandex) et d'acide polyacrylique (PAA) qui interagit bien avec les matériaux d'électrode. Les propriétés complémentaires des deux polymères permettent de maintenir l'intégrité structurelle dans des conditions d'électrodes épaisses, d'éviter l'apparition de fissures, tout en améliorant la résistance mécanique et les performances de transport des ions lithium.
Les résultats des tests montrent que le liant DHP présente une adhérence presque doublée par rapport au liant PVDF traditionnel. Lors des cycles initiaux de charge-décharge, une interface se forme spontanément entre le lithium et le PAA, favorisant un transport plus rapide et plus uniforme des ions lithium dans l'électrode, améliorant ainsi les performances électrochimiques de la batterie. L'équipe de recherche a également validé le procédé en fabriquant des batteries à poche souple de grande capacité proches de l'échelle industrielle : les batteries équipées du liant traditionnel ont vu leur capacité chuter considérablement après environ 95 cycles de charge-décharge avant de cesser de fonctionner, tandis que les batteries utilisant le nouveau polymère ont conservé 86,8 % de leur capacité initiale après plus de 200 cycles.
En ce qui concerne l'industrialisation, cette technologie peut être intégrée aux processus de fabrication existants par un procédé par voie humide, sans nécessiter de modification des lignes de production ni d'investissement dans de nouveaux équipements. Les fabricants peuvent utiliser les infrastructures existantes pour produire des batteries de plus grande capacité. Le professeur Ki-Jae Kim a déclaré que l'augmentation de l'épaisseur et de la taille des électrodes était auparavant limitée par les liants et les problèmes de procédé traditionnels, et que la combinaison des propriétés des fibres élastiques et de l'acide polyacrylique a permis de franchir ce goulot d'étranglement. Il a souligné que cette nouvelle technologie peut être mise en œuvre directement sur les lignes de production existantes, sans recourir au procédé de fabrication à sec en plein essor, et qu'elle devrait jouer un rôle clé dans l'amélioration de l'autonomie des véhicules électriques de nouvelle génération.
