Le développement rapide des véhicules électriques et des appareils électroniques de forte puissance a alimenté la demande croissante de batteries lithium-ion à charge ultra-rapide. Cependant, les batteries lithium-ion rechargeables actuelles souffrent d'une importante perte de puissance lors des cycles de charge rapide, pouvant même entraîner des défaillances catastrophiques et accroître les risques pour la sécurité. Ce phénomène est principalement dû à l'instabilité électrochimique à l'interface anode-électrolyte, provoquant un dépôt de lithium métallique nocif à la surface de la batterie et une faible stabilité thermique.
Ces dernières années, les matériaux d'anode haute tension sont apparus comme des alternatives très prometteuses pour limiter le dépôt excessif de lithium et la formation de couches d'interface électrolyte solide (SEI) instables. Malgré ces atouts, les matériaux les plus performants restent limités par une conductivité ionique et une stabilité thermique insuffisantes, ce qui réduit la puissance de sortie et la fiabilité à long terme.
D'après des médias étrangers, une équipe de recherche dirigée par le professeur associé Dongwook Han de l'Université nationale des sciences et technologies de Séoul a mis au point, pour résoudre ces problèmes, un matériau d'anode en phosphate de lithium-titane non stœchiométrique (OS) doté d'une structure de type NASICON. Ce matériau est reconnu pour son exceptionnelle stabilité structurale et thermique. Sa conception permet d'induire une transformation de phase spontanée sous la surface des particules de matériau actif, ce qui lève les limitations cinétiques et assure une charge rapide et stable.
Les résultats de ces recherches ont été publiés dans la revue Advanced Functional Materials.
Modulation de surface pour le transport accéléré d'ions
Le phosphate de lithium et de titane (LTP) possède une structure de type superconducteur ionique sodique (NASICON), qui lui confère une stabilité structurale et thermique exceptionnelle ainsi que des canaux de diffusion rapide des ions lithium. Afin d'exploiter pleinement son potentiel, les chercheurs ont adopté une stratégie de conception hors stœchiométrie et ont délibérément augmenté le rapport phosphore (P)/titane (Ti). Cette composition déficiente en titane génère des domaines de phosphate de titane (TPO) à proximité de la surface des particules de LTP.
Ces régions riches en TPO agissent comme des canaux cinétiques à haut rendement, abaissant la barrière énergétique au transport des ions lithium à travers l'interface anode-électrolyte et créant des voies de transfert ionique rapides à proximité des surfaces des particules. De plus, les liaisons P-O-P très flexibles au sein de la structure TPO confèrent une flexibilité structurale permettant de s'adapter aux variations de volume lors des cycles de charge rapides et de protéger la structure de type NASICON contre les dommages irréversibles.
Performances robustes même en cas de charge rapide
En conséquence, lors des tests de capacité de charge rapide, l'indicateur vital qui évalue la capacité de charge rapide, l'anode composite OS-LTP-carbone (OS-LTP/C) a conservé un remarquable 86 % de sa capacité initiale sous un taux de charge de 10C, tandis que la capacité de l'anode composite LTP/C vierge a chuté de façon drastique.
Ce matériau offre également une excellente stabilité cyclique après plus de 250 cycles. Les configurations de cellules complètes présentent des performances de charge/décharge tout aussi remarquables et une large compatibilité avec les cathodes haute tension.
Une voie plus large vers des batteries plus sûres
« Notre méthode crée un paradigme inédit pour la conception de batteries à charge rapide et peut être largement appliquée à de nombreux systèmes de stockage d'énergie futurs, y compris les batteries tout-solide », a souligné Han. « Cette stratégie de conception peut rendre les véhicules électriques plus pratiques en réduisant le temps de charge, en améliorant la sécurité et en contribuant au développement des réseaux électriques alimentés par des énergies renouvelables. »
En conclusion, cette stratégie de conception non stœchiométrique s'attaque à l'un des principaux obstacles rencontrés par les batteries rechargeables et offre une approche prometteuse pour la technologie de stockage d'énergie à charge ultra-rapide prête à être commercialisée.
Date de publication : 7 août 2026