Le rapport d'IDTechEx, intitulé « Batteries au lithium métal 2025-2035 : Technologie, acteurs et prévisions », analyse les différents types de batteries au lithium qui arrivent sur le marché, notamment les batteries au lithium métal à l'état solide et à électrolyte liquide, leurs principales applications ainsi que les avantages et les inconvénients de chacune.
Technologies d'anodes lithium-ion à haute énergie
Les anodes en graphite conventionnelles se sont imposées comme une option fiable et une technologie de batterie éprouvée, même si elles commencent à montrer leurs limites en termes de performances, notamment pour le développement d'applications de batteries. IDTechEx souligne également des préoccupations concernant la sécurité et la disponibilité de ces matériaux. Par conséquent, bien qu'elles soient plus faciles à fabriquer que certaines alternatives émergentes, les fabricants de batteries pourraient concentrer leurs efforts sur d'autres aspects.
Les batteries à électrolyte solide sont reconnues pour leur sécurité accrue et leur haute densité énergétique, et permettent une utilisation plus sûre du lithium comme anode. Le principal défi réside dans les procédés de fabrication et la nécessité d'éliminer complètement l'électrolyte liquide.
Les batteries lithium-métal à électrolyte liquide sont réputées pour leur haute densité énergétique et sont plus faciles à fabriquer que les batteries à électrolyte solide. Leurs inconvénients résident dans leur courte durée de vie, leur faible stabilité et leur sécurité limitée, ce qui les rend moins intéressantes, notamment pour les applications liées aux véhicules électriques.
Les batteries à anode de silicium constituent une autre option privilégiée sur le marché des batteries, en raison de leur sécurité accrue et, là encore, de leur bonne densité énergétique. Bien que les coûts initiaux puissent être élevés lors des premières phases de commercialisation, elles pourraient à terme devenir abordables, rendant ainsi la production de matériaux potentiellement complexes rentable.
Dendrites de lithium et maintenance des performances
Les dendrites de lithium constituent un frein majeur à l'adoption des batteries au lithium, car elles résultent de la réaction du métal avec l'électrolyte. Avec le temps, ces dendrites peuvent entraîner la formation de poches de lithium inactif dans la couche d'électrolyte, provoquant une perte de matière active et, par conséquent, une réduction de la durée de vie de la batterie. Les dendrites peuvent également migrer de l'anode vers la cathode et provoquer un court-circuit. Bien que des mesures telles que le revêtement du séparateur puissent être mises en œuvre pour prévenir ce phénomène, IDTechEx indique que cela augmenterait les coûts de fabrication, soulevant la question de savoir si les inconvénients potentiels des anodes en lithium métal l'emportent sur leurs avantages.
La pression, la température et les cycles de charge-décharge sont d'autres facteurs qui peuvent affecter les performances des batteries au lithium-métal. Elles fonctionnent de manière optimale dans des environnements à pression élevée ; il est donc possible d'ajuster les modules pour maintenir la pression nécessaire. De même, maintenir les batteries à des températures plus élevées et les charger plus lentement sur une période plus longue contribue également à prévenir leur dégradation. Cependant, ces solutions ne sont pas toujours réalisables, et le choix d'utiliser des batteries au lithium-métal dépendra donc principalement de l'application.
