ST2E_Thème1

Matériaux et composites pour électrodes de batteries au lithium

ERT "batteries au lithium polymère"

Participants:
GUYOMARD Dominique (DR), GAUBICHER Joël (CR), LESTRIEZ Bernard (MC)

Description du thème

Le groupe Bolloré a annoncé en mars 2005 au salon de l’automobile de Genève le développement, avec Matra, d’un nouveau concept de véhicule tout électrique, la BlueCar, fonctionnant avec la batterie lithium polymère mise au point par sa filiale BatScap de Quimper. Les chiffres annoncés, 200km d’autonomie, coût d’environ 1€ aux 100km, laissent prévoir une révolution majeure dans les transports urbains propres du futur. Les efforts de recherche et développement doivent être poursuivis et amplifiés pour que la technologie lithium polymère progresse aux niveaux performance et fiabilité.


Le groupe "Stockage et transformation électrochimique de l’énergie" de l’IMN accompagne Bolloré-BatScap sur le projet lithium polymère depuis 1998, travail qui a donné lieu à 8 brevets. Il faut noter que les activités mondiales sur les batteries lithium polymère sont seulement développées en Amérique du Nord (USA, Canada) et en France. Le groupe a acquis le statut d’ERT (Equipe de Recherche Technologique) de ce fait. Une première ERT sur la période 2000-2003 a permis de concevoir, étudier et optimiser le matériau actif d’électrode positive des batteries qui vont être bientôt commercialisées par BatScap. Une nouvelle ERT a été labellisée pour la période 2004-2007. L'objectif est de comprendre et d'optimiser les batteries Li-polymère développées par Batscap, qui donnent intrinsèquement plus d'énergie que les batteries Li-ion développées partout dans le monde. Cela concerne à la fois de la recherche fondamentale et appliquée dans les domaines des matériaux d'électrode à insertion de lithium et des films d'électrode composite, en passant par la mise au point de prototypes de laboratoire. Nos travaux visent à lever les verrous technologiques identifiés et à anticiper la nature de ceux qui vont apparaître. Les travaux actuels se focalisent dans plusieurs directions innovantes pour répondre aux besoins de sécurité accrue et de puissance, telles que la mise au point de nouveaux nanomatériaux actifs d’électrode, de nouveaux matériaux composites d’électrode et la compréhension des mécanismes de fin de vie des prototypes. Les activités de recherche associées ont une visibilité internationale.

La structure de recherche mise place – fondamentale et technologique en parallèle – nous permet de solutionner des problèmes industriels très ciblés et non planifiés, posés par BatScap. Par exemple, la mise au point de mini prototypes de laboratoire Li-polymère (intérêt : peu de matière, mise en œuvre rapide) présentant des performances analogues aux prototypes industriels. Cette démarche, très confidentielle, ne peut pas être développée ici. Suite à la mise en place de cette collaboration industrielle rapprochée, l’IMN est devenu laboratoire d’appui de Batscap pour assurer un soutien technique et scientifique régulier. Cela concerne diverses analyses/caractérisations (DRX, MEB, surface spécifique, XPS, …) des matériaux, mélanges et films obtenus à différentes étapes de fabrication. Une recherche fondamentale est poursuivie en parallèle avec beaucoup de liberté. Il s’agit d’approfondir la compréhension des mécanismes réactionnels avec le lithium, comprendre les mécanismes de synthèse de précurseurs gélifiés et examiner les interactions entre les différents constituants au sein de l’électrode composite. Cette recherche a régulièrement des retombées au niveau appliqué, conduisant au dépôt de brevets CNRS-BatScap.
Brevets depuis 2003
Matériau pour électrode composite, procédé pour sa préparation, D. Guyomard, D. GUY, B. LESTRIEZ, J. GAUBICHER et M. Deschamps, Demande de brevet français CNRS-BATSCAP n°0302891 du 07-03-2003, publiée sous le n° FR 2 852 148. Demande de brevet PCT/FR04/009529 pour extension internationale tous pays, déposée le 5-03-04, publiée le 23/09/2004 sous le n° WO 2004/082047. Procédé de préparation d'un oxyde de lithium et de vanadium, d. Guyomard, M. Dubarry, J. GAUBICHER et M. Deschamps, Demande de brevet français CNRS-BATSCAP n°0401799 du 23-02-2004. Demande de brevet PCT/FR05/00357 pour extension internationale tous pays, déposée le 16-02-05. Matériau nanostructuré, procédé pour sa fabrication, J. Gaubicher, D. Guyomard, M. Dubarry, P. Moreau et M. Deschamps, Demande de brevet français CNRS-BATSCAP n°0411243 du 22-10-2004. Procédure d’extension internationale en cours. Oxyde de lithium et de vanadium, procédé pour sa préparation, J. Gaubicher, B. Morel, M. Dubarry, D.Guyomard et M. Deschamps, Demande de brevet français CNRS-BATSCAP n°0411310 du 22-10-2004. Procédure d’extension internationale en cours. Procédé de fabrication de gamma-LiV₂O₅, J. Gaubicher, B. Morel, M. Dubarry, D.Guyomard et M. Deschamps, Demande de brevet français CNRS-BATSCAP n°0411312 du 22-10-2004. Procédure d’extension internationale en cours.