La production de batteries à l’état solide augmente grâce aux lasers

De nouvelles technologies pour les processus de production garantissent des volumes plus importants tout en offrant une grande précision. C’est ce qu’affirme une étude allemande.

Par: Francesco Barontini

5 Mar à 17:30

Les batteries à électrolyte solide ne pourront réellement se généraliser sur le marché que lorsque leur production à grande échelle sera maîtrisée. Aujourd’hui, ce sont justement les volumes industriels qui constituent le principal frein à leur diffusion.

L’Institut Fraunhofer de technologie laser (Fraunhofer ILT) vient toutefois de publier une étude selon laquelle l’obstacle de la production de masse des batteries à électrolyte solide pourrait être levé grâce aux lasers.

Repenser les procédés de fabrication

Reprenons depuis le début. Pour fonctionner correctement, l’électrolyte solide doit adhérer parfaitement à l’anode. Or, lors des phases de charge et de décharge, les cellules subissent des contraintes mécaniques : elles se dilatent puis se rétractent. L’électrolyte et l’anode peuvent alors présenter des zones où le contact n’est pas optimal. Cela favorise la formation de ce que l’on appelle des dendrites et une dégradation des performances.

Production de batteries dans les usines BMW

Photo : BMW

Les chercheurs de l’institut allemand expliquent :

"Des matériaux comme le lithium métal et les électrolytes solides à base de sulfures nécessitent de nouvelles stratégies dans les procédés de production. Des environnements spécifiques sont indispensables, comme des salles sèches ou des atmosphères de gaz inertes. La technologie laser peut apporter une contribution décisive, de différentes manières. Elle peut être utilisée pour le frittage sélectif des électrolytes solides, pour la structuration ciblée des interfaces et pour la découpe sans contact de métaux ductiles."

Avec les méthodes traditionnelles, l’usinage des composants internes des cellules se traduit par un faible rendement et, pour garantir fiabilité et précision, il faut avancer à des cadences lentes. L’emploi du laser pourrait changer la donne.

"Le rayonnement laser, ajoutent encore les chercheurs allemands, permet de densifier les couches qui composent l’électrolyte solide. Il est aussi possible de le faire à différentes températures, ce qui réduit les pertes de lithium liées à la hausse de température lors des phases de fabrication et d’assemblage des cellules."

Production de systèmes de batteries Mercedes-Benz EQS

Un nouvel usage du laser

Le laser n’est pas une nouveauté absolue dans la fabrication des batteries. Il est déjà utilisé pour les batteries lithium-ion classiques, notamment pour découper les feuilles d’électrodes, sécher les solvants ou retoucher les collecteurs de courant. Mais les chercheurs allemands estiment pouvoir l’exploiter autrement dans les batteries à électrolyte solide, afin de lever les verrous actuels et d’atteindre des cadences de production soutenues, capables de répondre au moins en partie aux exigences du marché.

L’un des points concerne le lithium métal, un matériau aux qualités électrochimiques remarquables, mais aussi ductile et flexible. Il est idéal pour les batteries à électrolyte solide, car il favorise un contact optimal entre l’anode et l’électrolyte. En revanche, son usinage avec des méthodes classiques entraîne souvent des imperfections et des bavures. Avec le laser, la découpe peut se faire avec une extrême précision.