La batterie avec séparateur de bois dure 60 % plus longtemps et ne prend pas feu

Énergie

Équipe éditoriale du site Innovation technologique - 15 juillet 2025

À gauche, un séparateur à base de bois, principalement composé de lignine. À droite, un séparateur courant, en plastique, qui peut fondre en cas de problème, juste au moment où la batterie commence à chauffer. [Image : Molly Killingbeck/MSU]

Du bois à la batterie

Un matériau naturel présent dans le bois peut améliorer la sécurité de la batterie tout en prolongeant sa durée de vie.

L’idée est d’assurer la sécurité des consommateurs, de plus en plus préoccupés par les risques liés à l’utilisation des batteries lithium-ion, utilisées dans tous les domaines, des téléphones portables et des jouets aux véhicules électriques.

Huanhuan Jia et ses collègues de l'Université d'État du Michigan aux États-Unis ont synthétisé une version de la lignine, un ingrédient naturel du bois qui donne aux arbres soutien et rigidité, ce qui leur a permis de créer un séparateur très fin à utiliser à l'intérieur des batteries lithium-ion, pour éviter les courts-circuits qui provoquent des incendies et des explosions.

À l'intérieur d'une batterie, la cathode, chargée positivement, et l'anode, chargée négativement, guident le flux électrique. Pour séparer ces électrodes, on utilise généralement un séparateur en polyéthylène et en polypropylène, deux matières plastiques qui peuvent se rétracter à des températures approchant les 100 °C. Sans la protection du séparateur, les côtés cathode et anode de la batterie risquent de se toucher, provoquant un court-circuit accidentel et un risque d'incendie ou d'explosion.

En revanche, les séparateurs à base de lignine sont restés stables et n’ont pas rétréci jusqu’à des températures de 300 degrés Celsius, ce qui permet à la batterie de rester sûre à des températures beaucoup plus élevées.

L'équipe a testé différentes épaisseurs de lignine et a découvert que les films mesurant 25 micromètres (moins d'un quart de cheveu humain) sont les plus efficaces pour maintenir la stabilité de l'intérieur de la batterie et empêcher l'anode et la cathode d'entrer en contact l'une avec l'autre.

Procédé de synthèse du séparateur de lignine et mesures d'épaisseur (à droite). [Image : Huanhuan Jia et al. - 10.1002/adma.202419694]

Batterie qui dure 60 % plus longtemps

L’utilisation du film de lignine à l’intérieur de la batterie présentait un autre avantage : comme la batterie était plus stable, elle optimisait considérablement sa durée de vie (le nombre de fois où la batterie pouvait être chargée et utilisée).

« Nous avons été surpris de constater que le film de lignine améliorait également la durée de vie de la batterie. Nous l'avons augmentée de 60 % », a déclaré le professeur Chengcheng Fang.

Un troisième avantage est environnemental. L'équipe a pu fabriquer les séparateurs de lignine grâce à une méthode de traitement à sec peu coûteuse. Cela a permis de produire de grandes quantités de films de lignine à la demande, évitant ainsi l'utilisation de solvants nocifs, couramment utilisés dans la fabrication traditionnelle des séparateurs.

La méthode développée par l'équipe a permis une conversion à 100 % de la matière première, créant ainsi les films sans générer de déchets ni de pollution. « La lignine, en particulier le lignosulfonate, est naturellement abondante et ne nécessite aucun traitement supplémentaire pour fonctionner dans les batteries », a déclaré Fang. « Ces travaux illustrent une nouvelle voie de conception visant à améliorer la sécurité et la fabricabilité des matériaux de batterie. »

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