Une équipe chinoise développe un nouveau séparateur de batterie résistant aux hautes températures pour améliorer la sécurité des batteries au lithium

Récemment, les préoccupations concernant la sécurité des batteries au lithium, en particulier le risque de températures élevées soudaines pendant la charge, ont suscité beaucoup d’attention. Une équipe de recherche de l’Institut de physique moderne de l’Académie chinoise des sciences, en collaboration avec l’Université de Lanzhou et le Laboratoire provincial des sciences et technologies énergétiques avancées du Guangdong, a mis au point un procédé innovant pour créer des séparateurs en polyimide résistants aux hautes températures. Ces travaux, réalisés à l’aide de la technologie des traces ioniques et soutenus par l’accélérateur d’ions lourds de Lanzhou, visent à améliorer la sécurité des batteries lithium-ion.

Les résultats, qui représentent une avancée significative dans la science des matériaux des batteries, ont été publiés dans la revue ACS Nano. Le premier auteur et l’auteur correspondant proviennent de l’Institut de physique moderne.

L’équipe a expliqué que les séparateurs sont des composants essentiels des batteries lithium-ion, car ils isolent les électrodes tout en permettant le transport du lithium-ion. Alors que les batteries au lithium commerciales atteignent désormais des densités d’énergie allant jusqu’à 300 Wh/kg, les problèmes de sécurité deviennent plus critiques avec des densités d’énergie plus élevées. Les séparateurs traditionnels en polyoléfine, qui manquent de stabilité thermique et présentent des structures de pores incohérentes, ont tendance à se rétrécir à des températures élevées, ce qui peut provoquer des courts-circuits.

Le polyimide est considéré comme un matériau idéal pour des séparateurs plus sûrs en raison de son excellente stabilité thermique, de sa résistance mécanique élevée et de sa durabilité chimique. Le développement de séparateurs de polyimide avec des structures de pores cohérentes est essentiel pour améliorer la sécurité des batteries.

À l’aide de la technologie des traces ioniques, l’équipe a créé un nouveau procédé de fabrication pour les séparateurs de polyimide. Ces séparateurs présentent des avantages significatifs par rapport aux séparateurs en polyoléfine :

• Haute résistance mécanique : jusqu’à 150,6 MPa.
• Excellente stabilité thermique : pas de retrait à 450°C.
• Distribution de la taille des pores étroits : écart-type <6 %.
• Canaux de pores alignés verticalement : tortuosité = 1.

Dans des conditions d’essai de 3 mA/cm², les cellules symétriques au lithium utilisant ces séparateurs ont fonctionné de manière stable pendant 1 200 heures et ont montré un dépôt uniforme de lithium, supprimant efficacement la croissance des dendrites. De plus, les cellules de sachet de phosphate de fer et de lithium équipées des séparateurs ont atteint 1 000 cycles à température ambiante avec un taux de rétention de capacité de 73,25 % et ont fonctionné de manière fiable à 150 °C.

Cette recherche propose une nouvelle approche pour développer des séparateurs de batteries lithium-ion et des procédés de fabrication fiables et performants, offrant une voie prometteuse pour améliorer la sécurité des batteries.