Le matériau cathodique de troisième génération LNMO est sur le point d'être produit en série et utilisé

Août 2025 – Ces dernières années, l'industrie des batteries au lithium a réalisé des progrès constants dans le développement des matériaux cathodiques. Lors du Forum CIBF2023, le professeur Huang Xuejie, de l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences, a classé l'évolution des matériaux cathodiques en trois générations : la première génération est l'oxyde de lithium-manganèse (LMO), la deuxième génération comprend le phosphate de fer et de lithium (LFP) et les matériaux ternaires, et la troisième génération comprend l'oxyde de lithium-nickel-manganèse de type spinelle (LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄, ou LNMO) et l'oxyde de lithium-nickel.

Parmi ces matériaux, le LNMO est considéré comme un candidat de choix pour les matériaux cathodiques de nouvelle génération, en raison de sa tension de fonctionnement élevée, de sa densité énergétique élevée et de son faible coût. Il constitue une alternative prometteuse aux systèmes LFP et ternaires. Plusieurs fabricants de batteries de premier plan ont manifesté un vif intérêt pour le LNMO et participent activement à la R&D et à la constitution de réserves technologiques.

Avantages de la technologie LNMO

lSans cobalt et économique : Le LNMO est sans cobalt et principalement composé de manganèse. Son coût est environ 20 % inférieur à celui du LFP et 40 % inférieur à celui des cathodes ternaires.

lDensité énergétique élevée : avec une plate-forme de décharge pouvant atteindre 4,5 V (contre 3,2 V pour le LFP), le LNMO offre une augmentation de 22,5 % de la densité énergétique par unité de masse.

lUtilisation améliorée du lithium : le LNMO augmente l'utilisation des ressources en lithium d'environ 70 % (typique dans les matériaux ternaires) à environ 95 %, réduisant considérablement la consommation de lithium.

lDensité énergétique volumétrique supérieure : les cellules LNMO offrent une densité énergétique volumétrique jusqu'à 50 % supérieure à celle des cellules LFP, ce qui les rend idéales pour les applications avec des contraintes de volume strictes telles que les véhicules électriques de tourisme et les systèmes de stockage d'énergie.

Avancées techniques et préparation à la production

Malgré ses avantages, la commercialisation du LNMO a longtemps été freinée par des difficultés techniques, notamment l'instabilité de l'électrolyte sous haute tension et la dégradation de la capacité due à la dissolution du manganèse. Cependant, après 17 ans de recherche, l'équipe du professeur Huang a progressivement surmonté ces obstacles.

Selon des rapports publics, le laboratoire du lac Songshan a déjà atteint une capacité de production quotidienne de 300 kg de matériau LNMO. De plus, les batteries souples LNMO/graphite développées au laboratoire ont passé avec succès des tests rigoureux, démontrant :

lPlus de 3 000 cycles de charge-décharge avec une rétention de capacité de 97 % après 100 semaines

l94,6 % de rétention de capacité à -20 °C

lCharge rapide : la batterie souple de 32 Ah se charge de 20 % à 80 % de son SOC en seulement 12 minutes

lSécurité : la cellule prismatique de 100 Ah chargée à 4,8 V a réussi le test de pénétration des clous sans incendie ni explosion

De plus, l'équipe a développé un package d'industrialisation complet, comprenant des formulations d'électrolytes haute tension, des traitements de surface en feuille d'aluminium et des alternatives de liant PVDF, accélérant la transition de la recherche à l'échelle du laboratoire à la viabilité commerciale.

Perspectives

Compte tenu des résultats prometteurs et du soutien croissant de l'industrie, le LNMO est désormais techniquement prêt pour un déploiement à grande échelle. Ses avantages en termes de coût, de sécurité et de densité énergétique en font un candidat idéal pour les outils électriques, les systèmes de stockage d'énergie et les véhicules électriques.

Grâce aux investissements continus de l’industrie et du monde universitaire, le LNMO devrait devenir le matériau de cathode principal de la troisième génération, stimulant l’innovation technologique et soutenant le développement durable des ressources des batteries au lithium.