SPuttering appliqué aux accumulateurs au LIThium – SPLIT

Le projet SPLIT a pour but de démontrer qu'une rupture technologique est possible pour améliorer l'énergie spécifique des accumulateurs Li-ion. Le premier objectif est de démontrer la faisabilité d'un accumulateur Li-ion dont l'énergie spécifique (massique ou volumique) est améliorée de 50% grâce à l'utilisation de nouvelles familles de matériaux négatif et positif obtenus par le procédé de pulvérisation cathodique (sputtering) et/ou de PECVD. Le second objectif est de valider si le procédé de sputtering peut remplacer le procédé d'enduction actuel, qui est au-delà de son domaine normal de fonctionnement, pour la fabrication industrielle des électrodes négatives plus minces utilisant un nouveau matériau. L'emploi du procédé de sputtering pour cet usage industriel est nouveau. Cette amélioration repose sur 2 réalisations relativement indépendantes : - une électrode négative industrielle à base de silicium qui fonctionne à 1400 mAh/g avec une tension moyenne de 0.3 V par rapport au lithium métal, obtenue par un procédé de sputtering permettant de réaliser à la fois le matériau structuré et l'électrode prête au montage en accumulateur après ajustement de sa géométrie. - un matériau positif, à l'échelle du laboratoire, à base de fluorure de métaux de transition et d'un réseau conducteur électronique, revêtu en couche mince nano-structurée et fonctionnant par réaction de conversion à plus de 900 Wh/kg ; soit par exemple 300 mAh/g avec une tension moyenne de 3.0 V. L'introduction industrielle de la négative améliorée est possible seule avec un enjeu significatif de 20 % de gain en énergie spécifique au niveau de l'accumulateur. Une évaluation technico-économique de la réalisation industrielle de la négative par sputtering est prévue. SPLIT se décompose en trois tâches. La tâche 0 concerne la coordination, la tâche 1 concerne l'électrode négative à base de silicium et les tests en cellules complètes qui incorporent les résultats de la tâche 2, et enfin, la tâche 2 concerne le matériau pour l'électrode positive. Pour les tâches 1 et 2, SPLIT engage la réalisation, les caractérisations physico-chimique et électrochimique et la compréhension de plusieurs variantes de matériaux en vue de sélectionner un couple qui présente le niveau de performance visée. La communication et l'exploitation des résultats sont définies dans le projet. SPLIT permet d'améliorer la position concurrentielle de l'industrie française des batteries et de sputtering vis-à-vis en particulier de l'Asie et de l'Amérique. Il doit permettre de développer ce type d'activités en France et aussi de progresser dans la compréhension et la réalisation de nouveaux matériaux et de nouveaux principes qu'il est nécessaire de maîtriser pour aller au-delà de la génération actuelle (oxydes de métaux de transition/carbone) : génération qui a fait l'objet d'optimisation incrémentale depuis près de 20 ans. Les marchés visés sont ceux de l'électronique portable professionnelle (communication, médical non implanté, vidéo), des transports individuels ou collectifs, terrestres ou aériens et enfin du stockage des énergies renouvelables (en particulier le photovoltaïque décentralisé). Les différents marchés accessibles dépendent des performances initiales, de la durée et du coût qu'il sera possible d'atteindre. SPLIT s'inscrit en excellente adéquation avec le contexte et les objectifs de l'appel à projets MatetPro-2009 "Matériaux Fonctionnels et Procédés Innovants". Il fédère pendant 3 ans des acteurs scientifiques l'ICMCB et l'IPREM et industriels Saft et HEF ayant des connaissances approfondies dans le domaine du procédé et des matériaux envisagés. Il adresse le domaine du développement durable en permettant l'utilisation de l'énergie électrique reconnue pour sa souplesse et sa compatibilité avec des modes de production renouvelables. Le stockage est à terme un complément essentiel du développement de la production d'électricité d'origine photovoltaïque ou éolienne. SPLIT répond directement à une composante de l'axe thématique 1 : Fonctionnalités et Matériaux Associés dans la rubrique "des matériaux pour le stockage ou le transport de l'énergie" avec la sous rubrique "électrodes de batteries rechargeables". En complément de l'axe thématique 1 qui reste le principal, certains aspects de l'axe thématique 3 : matériaux nano-structurés, matériaux hybrides organiques / inorganiques, et aussi avec l'axe thématique 4 : modélisation et simulations numériques, approches multi-échelles, prévision du comportement, sont adressés par SPLIT.