LG Energy Solution et l'Université nationale de Séoul ont conjointement mis au point une technologie qui supprime la génération de gaz et améliore la durée de vie en cyclage des batteries lithium-manganèse riche (LMR).

L'entreprise a annoncé lundi que ces résultats provenaient d'une étude conjointe avec une équipe de recherche dirigée par le professeur Lim Jong-woo de l'Université nationale de Séoul. Les conclusions ont été publiées dans Nature Communications.

Le LMR est un matériau de cathode qui réduit les coûts des matériaux en utilisant du manganèse relativement bon marché à la place du cobalt. Il peut également atteindre une densité d'énergie élevée en utilisant l'oxygène présent dans le matériau pour stocker l'énergie. Réduire la dépendance au cobalt est un objectif plus large de l'industrie, ce métal étant coûteux et sa chaîne d'approvisionnement concentrée dans un petit nombre de pays, ce qui fait des cathodes sans cobalt ou à teneur réduite en cobalt une priorité majeure pour les fabricants de batteries cherchant des cellules moins chères pour les véhicules électriques de grande série.

Cependant, la récupération incomplète de l'oxygène pendant la charge et la décharge peut endommager la structure interne de la batterie et provoquer une génération de gaz. La pression qui en résulte peut dégrader les performances des cellules de véhicules électriques. La génération de gaz et une durée de vie en cyclage médiocre figuraient parmi les principaux obstacles empêchant la commercialisation à grande échelle des cathodes LMR malgré leurs avantages en termes de coûts.

Les chercheurs ont analysé le comportement d'oxydoréduction de l'oxygène dans des conditions variées et ont découvert que la tension de charge supérieure comme la tension de décharge inférieure influencent la récupération de l'oxygène. Lorsque la tension de charge supérieure a été abaissée de 4,6 volts à 4,3 volts, le taux de réduction de l'oxygène oxydé est passé de 86 % à 97 %. De plus, l'oxygène est presque revenu à son état d'origine à une décharge de 2,0 volts.

LG Energy Solution a appliqué ces résultats à une cellule de classe 40Ah — une taille utilisée dans les produits commerciaux de batteries — en redéfinissant sa plage de tension de fonctionnement et en abaissant la température pendant le processus de formation, l'étape initiale de conditionnement dans la fabrication des cellules, afin de réduire la génération de gaz. Il est à noter que l'amélioration provenait de l'ajustement des conditions de fonctionnement plutôt que d'une modification du matériau de cathode lui-même. La cellule optimisée a conservé 92,2 % de son énergie initiale après 883 cycles de charge-décharge, démontrant la durée de vie en cyclage stable des matériaux LMR.

« Cette étude a identifié la cause de la dégradation des batteries LMR sous l'angle de la réversibilité de l'oxygène et a montré que la stabilité des cellules peut être améliorée uniquement par la conception du protocole électrochimique », a déclaré Lim.

Un responsable de LG Energy Solution a indiqué que l'étude montrait que la génération de gaz peut être supprimée tout en maintenant une durée de vie en cyclage stable. « Ces résultats contribueront à faire avancer la commercialisation des batteries LMR », a-t-il déclaré. L'entreprise a déjà cité le LMR parmi les chimies de cathode de nouvelle génération qu'elle développe, dans un contexte de concurrence avec ses rivaux chinois et japonais pour réduire les coûts des batteries destinées aux véhicules électriques.