L’ajout d’une fine couche d’étain empêche les courts-circuits dans les batteries lithium-ion

Les batteries lithium-ion présentent de nombreux avantages. Elles se chargent rapidement, ont une densité énergétique élevée et peuvent être chargées et déchargées à plusieurs reprises.

Elles présentent toutefois un défaut majeur : elles sont sujettes aux courts-circuits. Cela se produit lorsqu’une connexion se forme entre les deux électrodes à l’intérieur de la cellule. Un court-circuit peut entraîner une perte soudaine de tension ou une décharge rapide d’un courant élevé, ce qui peut entraîner la défaillance de la batterie. Dans les cas extrêmes, un court-circuit peut provoquer une surchauffe de la cellule, un incendie ou même une explosion.

L’une des principales causes de courts-circuits est la formation de structures cristallines rugueuses en forme d’arbre, appelées dendrites, à la surface de l’une des électrodes. Lorsque les dendrites se développent sur toute la surface de la cellule et entrent en contact avec l’autre électrode, un court-circuit peut se produire.

En utilisant le Centre canadien de lumière (CLS) de l’Université de la Saskatchewan (USask), des chercheurs de l’Université de l’Alberta (UAlberta) ont mis au point une approche prometteuse pour empêcher la formation de dendrites dans les batteries lithium-ion à l’état solide. Ils ont découvert que l’ajout d’une couche riche en étain entre l’électrode et l’électrolyte aide à répartir le lithium lors de son dépôt sur la batterie, créant ainsi une surface lisse qui supprime la formation de dendrites.

Les résultats sont publiés dans la revue ACS Matériaux et interfaces appliquésL’équipe a également découvert que la cellule modifiée avec la structure riche en étain peut fonctionner à un courant beaucoup plus élevé et supporter beaucoup plus de cycles de charge-décharge qu’une cellule ordinaire.

La chercheuse Lingzi Sang, professeure adjointe à la Faculté des sciences (chimie) de l’Université de l’Alberta, affirme que le CLS a joué un rôle clé dans la recherche.

« La ligne de faisceau HXMA nous a permis de voir au niveau structurel d’un matériau ce qui se passe à la surface du lithium dans une batterie en fonctionnement », explique Sang. « En tant que chimiste, ce que je trouve le plus intriguant, c’est que nous avons pu accéder à la structure exacte de l’étain que nous avons introduite dans l’interface, ce qui peut supprimer les dendrites et résoudre ce problème de court-circuit. »

Dans un article connexe publié plus tôt cette année, l’équipe a montré que l’ajout d’une couche protectrice d’étain supprimait également la formation de dendrites dans les batteries lithium-ion à électrolyte liquide.

Selon Sand, cette nouvelle approche recèle un potentiel considérable pour les applications industrielles. « Notre prochaine étape consiste à essayer de trouver une approche durable et rentable pour appliquer la couche protectrice dans la production de batteries », ajoute Sang.