© P.Avavian / CEA Production pilote de nouvelles électrodes de batterie. Fichier image: Fraunhofer ISC
L'électromobilité impose des exigences élevées aux nouvelles batteries hautes performances - autonomie, durée de vie, sécurité et temps de charge, pour n'en citer que quelques-unes. Le véritable défi réside dans les besoins en ressources d'un nombre croissant de grandes batteries automobiles au lithium. Dix partenaires de l'industrie et de la recherche se sont donc réunis dans le projet ECO COM'BAT financé par l'UE pour développer une nouvelle génération durable de batteries lithium-ion haute tension - avec succès.
L'objectif du projet EIT RawMaterials ECO COM'BAT était de combiner des matériaux respectueux de l'environnement et de haute performance pour la prochaine génération de batteries lithium-ion haute tension et d'améliorer leur production. ECO COM'BAT a été coordonné par le Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC et réalisé d'avril 2016 à décembre 2018. Avec les fabricants de matériaux Arkema et Umicore, les fabricants de cellules SAFT et Customcells, les organisations de recherche et de technologie Fraunhofer, CEA, CSIC, ENEA, VITO et l'Université technique de Darmstadt, les participants au projet ont couvert tous les aspects essentiels de la chaîne de valeur des batteries.
Réduire l'utilisation de matériaux critiques
Par rapport aux types de batteries actuellement établis, les nouvelles batteries lithium-ion devraient être plus puissantes et plus économes en ressources. «La tâche principale du projet ECO COM'BAT était de remplacer des matériaux conventionnels, souvent chers, rares voire critiques comme le cobalt dans les électrodes et le fluor dans l'électrolyte», explique le coordinateur du projet Dr. Andreas Bittner de Fraunhofer ISC. Dans le cadre du projet, le NMC 622 à faible teneur en cobalt revêtu d'ORMOCER® et un électrolyte haute tension spécial à base de sel conducteur de lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), qui peut fonctionner de manière stable même à haute tension, ont été adaptés et optimisés aux exigences élevées des batteries. Cela a entraîné une diminution de la teneur en cobalt d'environ 20 pour cent et une diminution du fluor dans l'électrolyte de deux tiers. L'énergie et la densité de puissance pourraient être considérablement augmentées grâce à l'utilisation d'additifs structurants tels que Porocarb® et Graphistrength®. Les matériaux durables ont été traités dans des cellules de poche communes, qui ont montré une stabilité de cycle jusqu'à 50% plus élevée (à 4,3 V) que les échantillons de référence industriels dans le test de comparaison.
Passage à l'échelle pilote
Il faut généralement plusieurs étapes de mise à l'échelle pour passer du niveau du laboratoire expérimental à la viabilité de la production. Dans le cadre du projet ECO COM'BAT, les partenaires ont combiné des matériaux innovants aux propriétés de production connues et ont pu réaliser une étape pilote pertinente pour des lots jusqu'à 20 kilogrammes en quelques étapes de mise à l'échelle. Afin d'optimiser les matériaux et cellules ECO COM'BAT, une simulation complète des performances et du vieillissement de la batterie a été réalisée. En outre, un concept de recyclage efficace a été développé et testé pour récupérer des matériaux de valeur tels que le nickel, le cobalt, le graphite et le lithium non seulement sous forme élémentaire, mais également sous forme de matériaux fonctionnels traités, atteignant ainsi un haut niveau de durabilité.
Les bons résultats du projet laissent entrevoir une nouvelle génération de batteries haute tension durables et économiquement intéressante. Les différents matériaux de batterie développés et testés dans le projet présentent d’excellentes performances et caractéristiques de traitement. Les matériaux peuvent être rapidement mis à l'échelle jusqu'à une production proche, si la demande existe.
Informations sur ECO COM'BAT: www.eco-combat.com
financement de projets
EIT RawMaterials, initié et financé par l'Institut européen d'innovation et de technologie (EIT), un organisme de l'Union européenne, est le plus grand consortium au monde dans le secteur de l'extraction. La vision d’EIT RawMaterials est de faire des matières premières un atout majeur pour l’Europe. Sa mission est de permettre au secteur européen de maintenir sa compétitivité dans les secteurs des minéraux, des métaux et des matériaux tout au long de la chaîne de valeur en stimulant l’innovation, l’éducation et l’esprit d’entreprise.
Source: Fraunhofer ISC
