Longtemps considérées comme une solution idéale, les cathodes monocristallines riches en nickel ont été adoptées pour leurs promesses de longévité accrue. En supprimant les joints de grains présents dans les matériaux polycristallins, elles devaient limiter les fissurations internes et ralentir l’usure électrochimique. Or, des travaux récents menés aux États-Unis invitent à nuancer fortement ce postulat.
Des équipes de l’Argonne National Laboratory et de l’Université de Chicago ont démontré que les mécanismes de vieillissement observés dans les cathodes polycristallines ne peuvent pas être transposés tels quels aux structures monocristallines. En cause : une hétérogénéité des réactions électrochimiques qui génère des contraintes mécaniques internes. À chaque cycle de charge et de décharge, ces tensions s’accumulent ce qui favorise l’apparition de fissures et une perte progressive de capacité, parfois plus rapidement que prévu.
Nous avons fait des recherches. Il s’agit pour les consommateurs principalement de batteries lithium-ion de type NMC (nickel-manganèse-cobalt) et NCA (nickel-cobalt-aluminium), des chimies privilégiées pour leur forte densité énergétique spécialement sur les véhicules électriques à grande autonomie. Ces batteries équipent aujourd’hui une large partie du marché haut de gamme et généraliste : Tesla (Model 3 et Model Y Long Range/Performance, Model S et Model X), BMW (i4, iX, i7), Mercedes-Benz (gamme EQ), Audi (Q8 e-tron, e-tron GT), Volkswagen (ID.4, ID.5, ID.7 selon versions), Hyundai et Kia (plate-forme E-GMP) ou encore Porsche avec la Taycan. Dans tous les cas, les constructeurs s’appuient sur des fournisseurs de cellules comme LG Energy Solution, CATL, SK On ou Panasonic qui peuvent utiliser, selon les générations de cellules, des cathodes riches en nickel de structure monocristalline ou polycristalline. Cette distinction n’est généralement pas communiquée au niveau du modèle ou de la finition, car elle relève de choix industriels internes au fournisseur et peut varier d’un site de production ou d’un lot à l’autre. Difficile donc d’isoler des modèles avec précision.
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L’hétérogénéité, talon d’Achille
Contrairement à l’idée reçue selon laquelle l’absence de frontières entre grains garantit une meilleure stabilité, l’étude montre que le cœur du problème réside ailleurs. À l’échelle microscopique, la réaction électrochimique ne se déroule pas de manière uniforme dans la particule. Certaines zones se dilatent ou se contractent plus que d’autres, créant des déséquilibres mécaniques internes.
Ces observations éclairent d’un nouveau jour les limites des batteries à haute teneur en nickel, pourtant largement utilisées pour maximiser la densité énergétique des véhicules électriques récents. Elles rappellent que l’optimisation d’une chimie de batterie ne peut se limiter à sa composition, mais doit intégrer les dynamiques mécaniques à long terme.
En Chine, réparer plutôt que remplacer
Mais pendant que les chercheurs américains dissèquent les causes profondes du vieillissement, des équipes chinoises s’attaquent à un autre défi : trouver des solutions pour les batteries déjà dégradées ? À la fin de l’année 2025, l’Université des sciences et technologies de Huazhong a présenté une méthode expérimentale de régénération des cathodes lithium-ion riches en nickel.
Le procédé repose sur l’utilisation de sels fondus capables de réintroduire des ions lithium dans des structures cristallines endommagées par des années de cycles. En laboratoire, cette technique aurait permis de récupérer jusqu’à 76% de la capacité initiale des cathodes usées.
Un enjeu industriel ?
Ces travaux prennent une dimension toute particulière dans un contexte où la Chine entre dans une phase massive de mise au rebut de batteries de véhicules électriques. De nombreuses cathodes sont arrivées en fin de vie, mais elles conservent une ossature suffisamment stable pour envisager une restauration au niveau des matériaux avant même de parler de recyclage.
Parallèlement, des chercheurs chinois se penchent aussi sur les batteries lithium-fer-phosphate (LFP). Une revue académique publiée en 2025 synthétise différentes stratégies de régénération basées sur des réactions d’oxydation et de réduction. Il semble donc nécessaire d’adapter ces approches à la diversité croissante des chimies des batteries utilisées sur le marché.
La filière est déjà structurée. En amont, des acteurs majeurs comme CATL, BYD ou Yunnan Tin collectent et traitent en effet les batteries usagées. Le raffinage et la transformation chimique mobilisent ensuite des groupes spécialisés tels que Huayou Cobalt ou Ganfeng Lithium, avant que des fabricants de matériaux n’intègrent ces ressources régénérées dans les nouveaux produits.
Qu’est-ce que ces recherches changent ? Rien et tout. On sait en effet déjà que la capacité des batteries des voitures électriques ne se dégrade pas aussi vite qu’attendu. Pour les automobilistes, c’est déjà une excellente nouvelle. Mais l’autre bonne nouvelle qui pourrait arriver tient dans le fait qu’une voiture électrique pourrait être utilisée bien plus longtemps encore avec la réparation (ou régénération) de son pack, une opération qui pourrait se faire à moindres coûts.
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