Les piles jetables deviennent des cathodes pour voitures électriques

Voici ce que dit une étude sur de nouvelles cathodes au manganèse pour des batteries EV plus durables

Photo: Motor1 Italia visual (AI-assisted)

Par: Eleonora Lilli

Traduit par: Emmanuel Rolland

Publié par: Emmanuel Rolland

11 Sep à 13:59

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Le recyclage des batteries au lithium suit presque toujours le même principe : tout dissoudre pour repartir de zéro. Un axe de recherche montre toutefois que les cathodes des anciennes piles Li/MnO₂, ces piles bouton ou cylindriques non rechargeables, peuvent devenir directement la matière première de nouveaux cathodes à structure spinelle/lamellaire à base d’oxyde de lithium-manganèse.

La différence avec le recyclage traditionnel tient à la structure cristalline : au lieu de la détruire pour ensuite la reconstruire, le procédé la répare et la reconvertit. C’est le même principe que le recyclage direct déjà appliqué à d’autres chimies, qui corrige les lacunes de lithium et les défauts du réseau cristallin sans le coût énergétique d’une résynthèse complète à partir de zéro.

Recyclage avancé des batteries de voitures électriques et rôle du manganèse

Le recyclage des batteries de voitures électriques se divise aujourd’hui en deux grandes voies. Le procédé pyrométallurgique fait fondre les matériaux à haute température et, dans les processus traditionnels, de nombreux métaux légers comme le lithium et l’aluminium finissent dans des scories peu valorisées, même si les schémas industriels intégrant des étapes hydrométallurgiques récupèrent désormais une part croissante de ces éléments. Le procédé hydrométallurgique permet, lui, d’extraire sélectivement le lithium, le cobalt, le nickel et le manganèse, avec des émissions directes plus faibles que la fusion.

Comparaison visuelle des trois méthodes de recyclage des batteries de voitures électriques : la fusion à haute température (pyrométallurgie, en haut), l'extraction chimique sélective des métaux (hydrométallurgie, au centre) et la régénération directe de la structure atomique de la cathode (en bas).

Photo : visuel Motor1 Italia (assisté par IA)

Le recyclage direct de la cathode constitue une troisième voie, plus récente : il ne dissout pas le matériau, mais en répare les défauts, notamment le cation mixing, ou mélange cationique, c’est-à-dire l’échange indésirable de position entre différents ions dans le réseau cristallin. Le matériau peut ainsi reprendre du service sans passer par une nouvelle synthèse chimique complète, avec une économie d’énergie que le recyclage hydrométallurgique ne permet pas d’atteindre.

D’autres équipes de recherche travaillent également sur ce sujet : une équipe sud-coréenne a mis au point un procédé permettant de séparer complètement les collecteurs de courant du matériau cathodique en utilisant du diéthylène glycol et un chauffage à 130 °C. Une solution à base de glycolaldéhyde affaiblit quant à elle l’adhérence entre la cathode et le collecteur, tandis qu’un autre prétraitement décisif pour le recyclage des batteries de voitures électriques montre à quel point l’étape préalable de séparation des matériaux est déterminante.

Ce que cela change pour les nouvelles cathodes

L’intérêt est de partir de piles jetables aujourd’hui peu valorisées pour obtenir des matériaux pouvant être utilisés dans de nouvelles batteries de voitures électriques. Le manganèse est par ailleurs plus abondant et plus facile à se procurer que le nickel et le cobalt, ce qui pourrait contribuer à réduire le coût des batteries et leur dépendance à des matières premières plus difficiles à trouver.

Sur le plan académique, la Seoul National University et LG Energy Solution travaillent en parallèle sur des batteries LMR à bas coût pour véhicules électriques, signe que l’intérêt industriel pour ces chimies n’est pas isolé. L’avantage environnemental s’ajoute à l’intérêt économique : conserver la structure cristalline au lieu de la refondre réduit à la fois la consommation énergétique du procédé et l’empreinte carbone globale du matériau régénéré, un enjeu central également pour ceux qui travaillent à la récupération des cathodes au lithium dans les batteries de voitures électriques les plus durables.

La scalabilité industrielle reste le point à résoudre, et c’est aussi le terrain sur lequel intervient le règlement (UE) 2023/1542 : à partir du 18 août 2031, les batteries de véhicules électriques devront respecter des seuils minimaux obligatoires de contenu recyclé de 6 % pour le lithium et de 16 % pour le cobalt, avec des exigences analogues pour le nickel et le plomb.

La Commission européenne a ouvert le 12 août 2026 une consultation, close le 9 septembre, sur un projet de règlement délégué définissant la méthode de calcul et de vérification de ce contenu recyclé : une étape qui conditionnera aussi la manière dont est certifié le contenu recyclé avec des brevets comme EcoCathode.