Deux compagnies japonaises, Mitsubishi Material et Toray Dowcorning, ont développé deux nouveaux matériaux destinés à la fabrication d'anodes de batteries lithium-ion. Ils permettent tous deux d'améliorer considérablement la capacité des batteries.
Améliorer la capacité des batteries représente un enjeu important pour l'industrie automobile, puisque c'est elle qui détermine l'autonomie des véhicules électriques. Cette amélioration passe par celle des trois parties qui compose une batterie: l'anode, la cathode et l'électrolyte. Les anodes des batteries lithium-ion (ces batteries présentent actuellement la meilleure densité énergétique) sont constituées pour la plupart de graphite. Cependant, le potentiel de ce dernier par rapport au lithium est relativement bas, provoquant ainsi le dépôt de lithium à la surface des électrodes (dendrite), ce qui les détériore. De plus, la capacité théorique du graphite est peu élevée (370 mAh/g).
Voitures électriques se rechargeant sur des places de parking adaptées Les matériaux les plus prometteurs pour le développement des anodes sont les alliages métalliques, tels que le lithium-silicium (Li-Si - capacité théorique de 4.000 mAh/g) et le lithium-étain (Li-Sn - 990 mAh/g). Leur inconvénient est qu'ils sont sujets à de très fortes variations de volume lors des cycles de charge et de décharge, entraînant la dégradation de l'électrode. Une deuxième solution se trouve dans le développement d'anodes en oxyde mélangé à du graphite. Leur capacité théorique (entre 500 et 1000 mAh/g) est inférieure à celle des alliages métalliques, mais leur variation de volume est plus limitée.
Le matériau développé par Mitsubishi Material relève de la première solution. La compagnie a en effet développé un nouvel alliage à base d'étain. La variation de volume est limitée grâce à une structure aérée et une taille des particules qui ne dépasse pas les 2 micro-m. L'anode est fabriquée par l'incorporation dans du graphite habituellement utilisé d'un alliage à base d'étain (40%), à laquelle a été ajoutée, comme adjuvant conducteur, de la fibre de carbone (5%) qui favorise le transport des électrons. La capacité de décharge (500 mAh/g) de l'électrode a ainsi été améliorée de 1,5 fois par rapport à une anode en graphite. Cette capacité ne se dégrade que de 4% après 50 cycles de charge et de décharge. La compagnie espère pouvoir proposer des échantillons rapidement et obtenir une part de marché de 20% d'ici 5 ans.
Le matériau développé par Toray Dowcorning relève de la seconde solution. L'anode, en oxyde d'étain-carbone (SiO-C), est fabriquée par frittage de macromolécules contenant de l'étain. Sa capacité de décharge est comprise entre 500 et 800 mAh/g. Elle diminue de 15% après 140 cycles. La variation de volume est limitée à 20%. La compagnie a déjà expédié des échantillons à des constructeurs automobiles pour obtenir une évaluation de son produit.