La batterie au lithium-ion commence à se précipiter jusqu'au bout, se rapprochant de la batterie de puissance

En 1800, Alessandro Volta, un physicien italien, a inventé la pile Volta, la première batterie de l'histoire de l'humanité. La première batterie était constituée de feuilles de zinc (anode) et de cuivre (cathode) et de papier imbibés d'eau salée (électrolyte), démontrant la possibilité artificielle de l'électricité.

Depuis lors, en tant qu'appareil capable de fournir un courant continu et stable, les batteries ont connu plus de 200 ans de développement et continuent de répondre à la demande des gens en matière d'utilisation flexible de l'électricité.

Ces dernières années, avec l'énorme demande d'énergie renouvelable et l'inquiétude croissante concernant la pollution de l'environnement, les batteries secondaires (ou batteries) capables de convertir d'autres formes d'énergie en énergie électrique et de la stocker sous forme d'énergie chimique continuent d'apporter des changements dans le secteur énergétique. système.

Le développement de la batterie au lithium montre le progrès de la société sous un autre aspect. En fait, le développement rapide des téléphones mobiles, des ordinateurs, des appareils photo et des véhicules électriques repose sur la maturité de la technologie des batteries au lithium.

Chen Gen. La naissance et l'anxiété de la batterie au lithium approchent

La naissance de la batterie au lithium

La batterie possède des pôles positifs et négatifs. Le pôle positif, également appelé cathode, est généralement constitué de matériaux plus stables, tandis que le pôle négatif, également appelé anode, est généralement constitué de matériaux métalliques « hautement actifs ». Les pôles positif et négatif sont séparés par un électrolyte et stockés sous forme d'énergie chimique.

La réaction chimique entre les deux pôles produit des ions et des électrons. Ces ions et électrons se déplacent dans la batterie, forçant les électrons à se déplacer vers l'extérieur, formant un cycle et générant de l'électricité.

Dans les années 1970, la crise pétrolière aux États-Unis, associée à une nouvelle demande d’énergie dans les domaines militaire, aéronautique, médical et autres, a stimulé la recherche de batteries rechargeables pour stocker de l’énergie propre et renouvelable.

De tous les métaux, le lithium a une densité spécifique et un potentiel d’électrode très faibles. En d’autres termes, le système de batterie au lithium peut théoriquement atteindre la densité d’énergie maximale, le lithium est donc le choix naturel des concepteurs de batteries.

Cependant, le lithium est très réactif et peut brûler et exploser lorsqu'il est exposé à l'eau ou à l'air. Apprivoiser le lithium est donc devenu la clé du développement des batteries. De plus, le lithium peut facilement réagir avec l’eau à température ambiante. Si le lithium métallique doit être utilisé dans les systèmes de batteries, il est essentiel d’introduire des électrolytes non aqueux.

En 1958, Harris a proposé d’utiliser un électrolyte organique comme électrolyte d’une batterie métallique. En 1962, la mission Lockheed et SpaceCo. Chilton Jr. de l'armée américaine et Cook ont ​​avancé l'idée d'un « système d'électrolytes non aqueux au lithium ».

Chilton et Cook ont ​​conçu un nouveau type de batterie, qui utilise du lithium métallique comme cathode, des halogénures d'Ag, Cu, Ni comme cathode et du sel métallique à bas point de fusion lic1-AlCl3 dissous dans du carbonate de propylène comme électrolyte. Bien que le problème de la batterie la fasse rester dans le concept plutôt que dans la faisabilité commerciale, les travaux de Chilton et Cook marquent le début de la recherche sur les batteries au lithium.

En 1970, la société japonaise Panasonic Electric Co. et l'armée américaine ont synthétisé indépendamment un nouveau matériau de cathode : le fluorure de carbone, presque en même temps. Le fluorure de carbone cristallin avec l'expression moléculaire de (CFx) N (0,5 ≤ x ≤ 1) a été préparé avec succès par Panasonic Electric Co., Ltd. et utilisé comme anode d'une batterie au lithium. L’invention de la batterie au fluorure de lithium constitue une étape importante dans l’histoire du développement des batteries au lithium. C'est la première fois que l'on introduit un « composé intégré » dans la conception d'une batterie au lithium.

Cependant, afin de réaliser la charge et la décharge réversibles de la batterie au lithium, la clé est la réversibilité de la réaction chimique. À cette époque, la plupart des batteries non rechargeables utilisaient des anodes au lithium et des électrolytes organiques. Afin de réaliser des batteries rechargeables, les scientifiques ont commencé à étudier l'insertion réversible d'ions lithium dans l'électrode positive de sulfure de métal de transition en couches.

Stanley Whittingham d'ExxonMobil a découvert que la réaction chimique d'intercalation peut être mesurée en utilisant du TiS2 en couches comme matériau de cathode et que le produit de décharge est du LiTiS2.

En 1976, la batterie développée par Whittingham atteint un bon rendement initial. Cependant, après plusieurs charges et décharges répétées, des dendrites de lithium se sont formées dans la batterie. Les dendrites se sont développées du pôle négatif au pôle positif, formant un court-circuit, ce qui a provoqué un risque d'inflammation de l'électrolyte et a finalement échoué.

En 1989, en raison d'un incendie survenu dans des batteries secondaires au lithium/molybdène, la plupart des entreprises, à l'exception de quelques-unes, ont abandonné le développement de batteries secondaires au lithium métal. Le développement des batteries secondaires au lithium métal a été pratiquement arrêté parce que le problème de sécurité ne pouvait pas être résolu.

En raison du faible effet de diverses modifications, la recherche sur les batteries secondaires au lithium métal stagne. Finalement, les chercheurs ont choisi une solution radicale : une batterie de fauteuil à bascule avec des composés intégrés comme pôles positifs et négatifs des batteries secondaires au lithium métal.

Dans les années 1980, Goodnow a étudié la structure des matériaux cathodiques en couches de cobalate de lithium et d'oxyde de lithium et de nickel à l'Université d'Oxford, en Angleterre. Finalement, les chercheurs ont réalisé que plus de la moitié du lithium pouvait être éliminé de manière réversible du matériau cathodique. Ce résultat a finalement conduit à la naissance de The.

En 1991, la société SONY a lancé la première batterie au lithium commerciale (graphite anodique, composé de lithium cathodique, sel de lithium liquide d'électrode dissous dans un solvant organique). En raison des caractéristiques de haute densité énergétique et des différentes formulations pouvant s'adapter à différents environnements d'utilisation, les batteries au lithium ont été commercialisées et largement utilisées sur le marché.