Chronologie du développement des batteries au lithium-ion

Partie 1 : Origines et premières explorations de la technologie

1.Le prototype de la batterie primaire au lithium
Dans les années 1950, le ministère américain de la Défense et la NASA ont commencé à rechercher des batteries à haute-densité d'énergie-utilisant des fluorures métalliques comme cathode et du lithium métallique comme anode. Cependant, la formation de dendrites de lithium a entraîné une instabilité des performances. Une avancée conceptuelle clé a eu lieu en 1962 lorsqu'une équipe de Lockheed a proposé un système d'électrolyte au lithium non - aqueux, jetant ainsi les bases d'un développement futur.

2. Percée dans le domaine des batteries rechargeables au lithium-ion
En 1972, Stanley Whittingham d'ExxonMobil a développé la première batterie au lithium rechargeable fonctionnelle. Il utilisait du disulfure de titane en couches (TiS₂) comme cathode et du lithium métallique comme anode, fonctionnant à environ 2,4 V-considérablement plus élevé que les batteries contemporaines au nickel-cadmium. Cependant, l’anode en lithium métallique avait tendance à former des dendrites pendant le cyclage, créant un risque pour la sécurité qui entravait la commercialisation.

3.Innovation dans les matériaux cathodiques
Un grand pas en avant a été réalisé en 1980 avec la découverte par l'équipe de John B. Goodenough de l'oxyde de lithium et de cobalt (LiCoO₂) comme matériau de cathode. Ce matériau permettait une tension de cellule de 4 V et doublait environ la densité énergétique. Même si cette avancée a jeté les bases des batteries modernes à haute -densité d'énergie-, elle reposait toujours sur une anode au lithium métallique, laissant les problèmes de sécurité non résolus.

Partie 2 : Innovation clé

1 Remplacement du matériau de l'anode
L’étape cruciale vers des batteries rechargeables sûres consistait à remplacer le lithium métal. En 1982, Agarwal et Selman de l’Illinois Institute of Technology ont découvert l’intercalation d’ions lithium dans le graphite. Sur cette base, les chercheurs des Bell Labs ont créé la première batterie lithium-ion utilisant une anode en graphite, qui a supprimé la croissance des dendrites. En 1985, Akira Yoshino a assemblé un prototype pratique utilisant du coke de pétrole (un matériau carboné similaire au graphite) comme anode et de l'oxyde de lithium et de cobalt comme cathode. Cette cellule a permis la navette stable des ions lithium entre les électrodes, et Yoshino a officiellement inventé le terme « batterie au lithium-ion ».

2. Percée dans les électrolytes
Un dernier obstacle majeur-cycle de vie-a été surmonté en 1987 lorsqu'une équipe de Sony a découvert qu'un électrolyte à base de carbonate d'éthylène (EC)-permettait la formation d'un film stable d'interphase d'électrolyte solide (SEI) sur la surface de l'anode en graphite. Cette couche protectrice empêche la décomposition continue de l'électrolyte. En combinant ces innovations, Sony a commercialisé la première batterie lithium-ion au monde en 1991. Elle comportait une cathode en oxyde de lithium-cobalt et une anode en graphite, et son adoption rapide dans les caméscopes et les téléphones mobiles a marqué le début de l'ère de l'électronique portable et fine.

Voici un tableau :

3,Chronologie du développement des batteries au lithium-ion :

4,Tableau d'évolution de la densité énergétique :