Publié le 24 février 2026. Une équipe de l’Université d’Oxford a mis au point une technique d’imagerie révolutionnaire permettant de visualiser les composants clés des batteries lithium-ion, ouvrant la voie à des améliorations significatives en termes de vitesse de charge et de durée de vie.
Des chercheurs ont réussi à rendre visible un élément jusqu’alors difficile à tracer : les liants polymères présents dans les anodes (électrodes négatives) des batteries lithium-ion. Cette avancée, publiée le 17 février dans la revue Nature Communications, pourrait optimiser les processus de fabrication et améliorer les performances de ces accumulateurs d’énergie.
Ces liants polymères, agissant comme une sorte de colle, maintiennent les matériaux de l’électrode ensemble. Ils influencent la stabilité mécanique, la conductivité électrique et ionique, ainsi que la longévité de la batterie. Cependant, leur faible proportion (moins de 5 % du poids de l’électrode) et leur manque de caractéristiques distinctes rendaient leur distribution difficile à imager et à contrôler, freinant ainsi les efforts d’amélioration des performances.
Pour surmonter cet obstacle, les scientifiques d’Oxford ont développé une nouvelle méthode de marquage, actuellement en cours de brevetage. Elle utilise des marqueurs traçables à base d’argent et de brome pour identifier les liants commerciaux dérivés de la cellulose et du latex dans les anodes à base de graphite et de silicium. Ces marqueurs permettent de visualiser les liants grâce à la production de rayons X spécifiques (mesurés par spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie) ou par la réflexion d’électrons de haute énergie (mesurée par imagerie électronique rétrodiffusée sélective en énergie). L’analyse au microscope électronique révèle ainsi la répartition des éléments et la topographie de la surface.
« Cette technique de coloration ouvre une toute nouvelle boîte à outils pour comprendre le comportement des liants modernes lors de la fabrication des électrodes. Pour la première fois, nous pouvons voir avec précision la distribution de ces liants non seulement de manière générale (c’est-à-dire leur épaisseur dans toute l’électrode), mais aussi localement, sous forme de couches et d’amas de liants à l’échelle nanométrique, et les corréler avec les performances de l’anode. »
Dr Stanislaw Zankowski, Département des matériaux, Université d’Oxford
L’intérêt de cette méthode réside dans sa polyvalence : elle fonctionne aussi bien sur les électrodes à base de graphite que sur des matériaux plus avancés comme le silicium ou le SiOx, ce qui la rend applicable aux futures générations de batteries.
Les chercheurs ont ainsi découvert que de légères modifications dans la distribution des liants pouvaient avoir un impact significatif sur l’efficacité de la charge et la durée de vie de la batterie. En ajustant les protocoles de mélange et de séchage, ils ont réussi à réduire la résistance ionique interne des électrodes de test jusqu’à 40 %, un facteur limitant la vitesse de charge.
L’étude a également permis de visualiser des couches nanoscopiques de carboxyméthylcellulose (CMC) recouvrant les particules de graphite. L’imagerie a révélé des couches de CMC d’une épaisseur de seulement 10 nanomètres, permettant une résolution quatre ordres de grandeur supérieure à celle des images traditionnelles. Ces observations ont mis en évidence la fragmentation de ces fines couches lors du traitement des électrodes, ce qui pourrait altérer les performances et la stabilité de la batterie.
« Cet effort multidisciplinaire couvrant la chimie, la microscopie électronique, les tests électrochimiques et la modélisation a abouti à une approche d’imagerie innovante qui nous aidera à comprendre les processus de surface clés qui affectent la longévité et les performances des batteries. Cela fera progresser un large éventail d’applications de batteries. »
Professeur Patrick Grant, Département des matériaux, Université d’Oxford
Cette avancée s’inscrit dans le cadre d’un projet de 3 millions de livres sterling mené par l’Université d’Oxford, dans le but de développer de nouveaux matériaux pour les cathodes des batteries lithium-ion, en réduisant la dépendance au cobalt et au nickel, des matériaux coûteux et problématiques sur le plan environnemental et géopolitique. Plus d’informations sur le projet 3D-CAT.
Parallèlement, une autre recherche menée à Oxford, publiée le 20 février 2026, a révélé un moyen d’améliorer la vitesse de charge et la durée de vie des batteries lithium-ion en visualisant et en optimisant la distribution des liants polymères. Détails sur cette découverte. Informations complémentaires sur l’impact des liants polymères.