La formation de lithium métallique dans les éléments Li-ion observée en temps réel

Une méthodologie de caractérisation par RMN du lithium a été mise au point pour suivre la formation de lithium métallique dans les électrodes d'éléments Lithium-ion en cours de fonctionnement. Avec en ligne de mire: l'amélioration de la durée de vie de ces dernières.

La durée de vie des batteries lithium-ion est altérée, entre autres, par la formation de lithium métallique sur l'électrode négative à base de graphite (phénomène connu sous le terme de Lithium-plating). Afin de mieux comprendre les mécanismes conduisant à cette altération de l'électrode, les chercheurs du Liten, institut de CEA Tech, en collaboration avec le CEA-IRIG, ont mis en place une méthodologie de caractérisation par RMN (Résonnance Magnétique Nucléaire) du lithium pour détecter en temps réel la formation du lithium métallique.

Jusqu'à présent, ce type de caractérisation était mené sur des échantillons d'électrodes extraits de cellules électrochimiques post mortem, en mode ex-situ. Or, le dépôt de lithium continue à évoluer même après l'arrêt du fonctionnement de l'élément de batterie. Les chercheurs du CEA ont donc développé une cellule expérimentale avec un design similaire à celui des cellules du commerce, mais dont le format a été réduit pour permettre son insertion dans la bobine de RMN, elle-même adaptée pour l'occasion.

Plusieurs essais operando ont été menés dans différentes conditions expérimentales. Les résultats positifs obtenus, permettront de mieux comprendre les mécanismes de formation du lithium métallique sur l'électrode négative, et de déterminer des protocoles de charge minimisant ce désagrément. Ces informations seront ensuite intégrées au BMS (battery management system) pour prolonger la durée de vie des batteries ou permettront de concevoir des électrodes moins sensibles à ce phénomène dégradant