Le processus de développement des batteries lithium-ion
En 1970, M.S. Whittingham d’Exxon a utilisé du sulfure de titane comme matériau de cathode et du lithium métallique comme matériau d’anode pour fabriquer la première batterie au lithium. Le matériau de la cathode des batteries au lithium est le dioxyde de manganèse ou le chlorure de thionyle, et l’anode est le lithium. Une fois la batterie assemblée, la batterie a une tension et n’a pas besoin d’être chargée. Les batteries Li-ion (batteries Li-ion) sont développées à partir de batteries au lithium. Par exemple, la pile bouton utilisée dans l’appareil photo est une batterie au lithium. Ce type de batterie peut également être chargé, mais les performances du cycle ne sont pas bonnes. Les cristaux de lithium sont faciles à former pendant le cycle de charge et de décharge, ce qui provoque le court-circuit interne de la batterie. Par conséquent, ce type de batterie est généralement interdit de charge.
En 1982, R.R. Agarwal et J.R. Selman de l’Illinois Institute of Technology ont découvert que les ions lithium ont les caractéristiques du graphite intercalant. Ce processus est rapide et réversible. Dans le même temps, les dangers pour la sécurité des batteries au lithium en lithium métallique ont attiré beaucoup d’attention. Par conséquent, les gens ont essayé de fabriquer des batteries rechargeables en utilisant les caractéristiques des ions lithium incorporés dans le graphite. La première électrode lithium-ion graphite disponible a été produite avec succès par bell Laboratories.
En 1983, M. Thackeray, J. Goodenough et d’autres ont découvert que le spinelle de manganèse est un excellent matériau de cathode avec un prix bas, une stabilité et une excellente conductivité et conductivité du lithium. Sa température de décomposition est élevée et son oxydation est beaucoup plus faible que celle de l’oxyde de lithium-cobalt. Même s’il y a un court-circuit ou une surcharge, il peut éviter le danger de combustion et d’explosion.
En 1989, A. Manthiram et J. Goodenough ont découvert qu’une électrode positive avec un anion polymère produirait une tension plus élevée.
En 1992, la société japonaise Sony Corporation a inventé une batterie au lithium avec un matériau en carbone comme électrode négative et un composé contenant du lithium comme électrode positive. Pendant le processus de charge et de décharge, il n’y a pas de lithium métallique, seulement des ions lithium. Il s’agit d’une batterie lithium-ion. Par la suite, les batteries lithium-ion ont révolutionné le visage de l’électronique grand public. Ce type de batterie utilisant de l’oxyde de lithium-cobalt comme matériau de cathode est la principale source d’alimentation des appareils électroniques portables.
En 1996, Padhi et Goodenough ont découvert que les phosphates à structure olivine, tels que le phosphate de fer au lithium (LiFePO4), sont plus sûrs que les matériaux cathodiques traditionnels, en particulier la résistance aux températures élevées et la résistance à la surcharge dépassant de loin les matériaux traditionnels des batteries lithium-ion.
Tout au long de l’histoire du développement des batteries, nous pouvons voir trois caractéristiques du développement actuel de l’industrie mondiale des batteries. L’un est le développement rapide de batteries vertes et respectueuses de l’environnement, y compris les batteries lithium-ion, les batteries nickel-hydrogène, etc.; l’autre est la conversion des batteries primaires en batteries, ce qui est conforme à la durabilité. Stratégie de développement; la troisième est de développer davantage la batterie dans le sens de petite, légère et mince. Parmi les batteries rechargeables commerciales, les batteries lithium-ion ont l’énergie spécifique la plus élevée, en particulier les batteries lithium-ion polymères, qui peuvent obtenir des batteries rechargeables plus minces. C’est précisément en raison de l’énergie spécifique volumétrique élevée et de l’énergie spécifique de masse des batteries lithium-ion, rechargeables et sans pollution, avec les trois caractéristiques du développement actuel de l’industrie des batteries, qu’il a une croissance relativement rapide dans les pays développés. Le développement des marchés des télécommunications et de l’information, en particulier l’utilisation intensive des téléphones mobiles et des ordinateurs portables, a apporté des opportunités de marché pour les batteries lithium-ion. Avec ses avantages uniques en matière de sécurité, les batteries lithium-ion polymère dans les batteries lithium-ion remplaceront progressivement les batteries lithium-ion à électrolyte liquide et deviendront le courant dominant des batteries lithium-ion. La batterie lithium-ion polymère est connue comme la « batterie du 21ème siècle » et ouvrira une nouvelle ère de batteries de stockage, et ses perspectives de développement sont très optimistes.
En mars 2015, le japonais Sharp et le professeur Tanaka de l’Université de Kyoto ont développé avec succès une batterie lithium-ion d’une durée de vie allant jusqu’à 70 ans. La batterie lithium-ion longue durée produite cette fois a un volume de 8 centimètres cubes et peut être chargée et déchargée jusqu’à 25 000 fois. Et Sharp a déclaré qu’après que la batterie lithium-ion longue durée soit effectivement chargée et déchargée 10 000 fois, ses performances sont toujours stables.
Le 9 octobre 2019, l’Académie royale des sciences de Suède a annoncé que le prix Nobel de chimie 2019 avait été décerné à John Goodenough, Stanley Whittingham et Akira Yoshino en reconnaissance de leurs contributions dans le domaine de la recherche et du développement de batteries lithium-ion. .
