La deuxième édition de Lithium Battery Design: Resources, Chemistry, and Recycling, codirigée par Jolanta Światowska, directrice de recherche CNRS à l’Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), et Alexandre Chagnes (Université de Lorraine), vient de paraître. L’ouvrage propose une analyse approfondie des enjeux scientifiques, technologiques et environnementaux liés aux batteries au lithium, depuis l’extraction des ressources jusqu’au recyclage. Destiné aux chercheurs et chercheuses, aux ingénieur·es ainsi qu’aux étudiant·es de master et de doctorat, il apporte des clés de compréhension essentielles sur une technologie au cœur des transitions énergétiques.

Un ouvrage pour comprendre l’ensemble du cycle de vie des batteries. Publié en juillet 2026, Lithium Battery Design: Resources, Chemistry, and Recycling propose une vision globale des batteries au lithium en abordant aussi bien les ressources naturelles que les procédés de production, les technologies de stockage de l’énergie et les filières de recyclage. L’ouvrage couvre notamment les sources et usages du lithium, les principes électrochimiques des batteries lithium-ion, les méthodes d’extraction et de production, les matériaux d’électrodes, les électrolytes, les applications dans le domaine des transports ainsi que les questions de durabilité et d’évaluation du cycle de vie. Conçu comme un ouvrage de référence, il rassemble les connaissances les plus récentes sur la chimie du lithium et les technologies associées. Son originalité réside dans son approche intégrée : les questions scientifiques, industrielles et environnementales y sont traitées conjointement afin d’offrir une compréhension complète des défis liés au développement des systèmes de stockage électrochimique.

Vers des batteries plus performantes et plus durables. Dans un contexte marqué par l’essor des véhicules électriques et le développement du stockage des énergies renouvelables, les batteries lithium-ion occupent une place stratégique. L’ouvrage analyse les avancées récentes dans le domaine des matériaux actifs, des électrolytes liquides et solides ainsi que des architectures de batteries destinées à améliorer les performances et la densité énergétique des systèmes de stockage. Une attention particulière est portée aux enjeux de durabilité. Les différents chapitres examinent les procédés de recyclage minéralurgiques et hydrométallurgiques permettant de récupérer les métaux stratégiques contenus dans les batteries en fin de vie. Ils mettent également en perspective les défis associés à la gestion responsable des ressources, à la réduction de l’impact environnemental et à l’intégration des batteries dans une logique d’économie circulaire. Au-delà de l’état de l’art scientifique, les auteurs proposent une réflexion sur les évolutions attendues du secteur et les innovations susceptibles de transformer les technologies de stockage de l’énergie dans les prochaines années. L’ouvrage constitue ainsi un outil d’aide à la compréhension des enjeux qui concernent à la fois la recherche académique, l’industrie et les décideurs publics.

Une publication qui illustre l’expertise de l’IRCP. Cette publication fait écho aux recherches menées au sein de l’Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), où les enjeux liés au stockage de l’énergie, à la durabilité des matériaux et aux interfaces électrode-électrolyte constituent des axes de recherche majeurs. Ces thématiques sont au cœur des travaux de Jolanta Światowska, directrice de recherche au CNRS au sein de l’IRCP et directrice adjointe de l’École doctorale de Chimie Physique et Chimie Analytique de Paris Centre. Spécialiste de chimie des surfaces, d’électrochimie, de corrosion et de durabilité des matériaux, elle s’intéresse notamment aux batteries lithium-ion et métal-air ainsi qu’aux matériaux destinés au stockage et à la conversion de l’énergie. Ses recherches associent approches électrochimiques et techniques avancées de caractérisation des surfaces afin de mieux comprendre les mécanismes de dégradation, de vieillissement et de protection des matériaux.

Jolanta, votre ouvrage adopte une approche originale en couvrant l’ensemble du cycle de vie des batteries au lithium, de l’extraction des ressources au recyclage. Pourquoi cette vision globale est-elle aujourd’hui indispensable ?

« La conception de tout nouveau dispositif technologique, mais aussi l’amélioration des systèmes existants, nécessite aujourd’hui d’adopter une approche globale selon une logique « from cradle to grave », en considérant l’ensemble du cycle de vie, depuis l’extraction des ressources jusqu’à la fin de vie et au recyclage. Cette vision est particulièrement indispensable pour les batteries lithium-ion, qui connaissent un déploiement extrêmement rapide dans de nombreux secteurs, notamment la mobilité électrique et le stockage de l’énergie, mais également pour les technologies « beyond lithium-ion » en cours d’émergence. Leur développement à grande échelle soulève des questions majeures concernant la disponibilité et la criticité des ressources nécessaires à leur fabrication, l’impact environnemental des procédés de production, leurs performances et leur durée de vie, les possibilités de seconde vie, ainsi que les solutions de recyclage permettant de préserver les ressources et limiter l’impact environnemental.

Cette approche globale est également devenue essentielle dans la recherche. Les progrès dans le domaine des batteries ne peuvent plus reposer uniquement sur une approche disciplinaire isolée ; ils nécessitent une vision intégrée et une forte interdisciplinarité, associant chimie, science des matériaux, procédés, ingénierie des systèmes, gestion des ressources et recyclage. C’est dans cet esprit que nous avons construit cet ouvrage avec Alexandre Chagnes, en réunissant des experts de différents domaines afin de proposer une vision complète des enjeux actuels et futurs liés aux batteries. Je tiens d’ailleurs à remercier chaleureusement tous les contributeurs pour leur implication et pour leur participation à la rédaction de chaque chapitre de cet ouvrage ».

Quels sont, selon vous, les principaux défis qui façonneront l’avenir des batteries au lithium ?

« Les principaux défis qui façonneront l’avenir des batteries au lithium concernent plusieurs dimensions complémentaires : l’augmentation de la densité énergétique, la sécurité, la durabilité et la disponibilité des ressources.

Le premier enjeu reste l’amélioration de la densité énergétique. Aujourd’hui, les batteries lithium-ion commerciales atteignent typiquement des énergies spécifiques de l’ordre de 250 à 300 Wh/kg au niveau cellule pour les technologies les plus avancées, alors que de nombreuses applications, notamment dans le transport lourd, l’aviation ou le stockage stationnaire à grande échelle, nécessitent encore des performances supérieures. Cette augmentation est cependant limitée par les mécanismes fondamentaux de conversion de l’énergie chimique en énergie électrique et par les propriétés intrinsèques des matériaux d’électrode, en particulier la capacité et le potentiel des matériaux de cathode. Il devient donc nécessaire de développer de nouveaux matériaux et de nouvelles architectures permettant de repousser ces limites.

Le deuxième défi majeur concerne la sécurité. Les batteries lithium-ion actuelles utilisent majoritairement des électrolytes liquides organiques inflammables, ce qui impose des contraintes importantes en termes de conception et de gestion thermique. Le développement des batteries tout solide (all-solid-state batteries) représente une voie très prometteuse, car le remplacement de l’électrolyte liquide par un électrolyte solide pourrait améliorer la sécurité tout en ouvrant la possibilité d’utiliser des matériaux d’électrode à plus haute capacité, comme les anodes à base de lithium métallique.

La question des ressources est également essentielle. Le déploiement massif des batteries nécessite de prendre en compte la disponibilité et la criticité de certains éléments utilisés aujourd’hui, comme le lithium, le nickel ou le cobalt. C’est dans ce contexte que les batteries sodium-ion connaissent un développement important. Le sodium, beaucoup plus abondant et mieux réparti géographiquement que le lithium, pourrait représenter une alternative intéressante pour certaines applications, notamment le stockage stationnaire ou les véhicules pour lesquels la densité énergétique maximale n’est pas le premier critère.

Enfin, la recherche explore également des concepts plus en rupture, qui cherchent à dépasser certaines limitations fondamentales des batteries conventionnelles. Parmi eux, les systèmes métal-air, comme les batteries lithium-air ou zinc-air, reposent sur des mécanismes de conversion différents, avec des capacités théoriques très élevées, car l’un des réactifs, l’oxygène, est fourni par l’environnement. Ces technologies présentent encore de nombreux défis scientifiques et technologiques, notamment en termes de cinétique réactionnelle, de stabilité et de durée de vie des matériaux, parmi lesquels figure en particulier la problématique de la corrosion de l’anode. Elles illustrent néanmoins les nouvelles directions explorées actuellement par la recherche.

Ainsi, l’avenir des batteries ne reposera probablement pas sur une technologie unique, mais sur un ensemble de solutions adaptées aux différentes applications. L’objectif sera de trouver le meilleur compromis entre densité énergétique, sécurité, coût, impact environnemental et durabilité, tout en intégrant dès la conception la question de la fin de vie et du recyclage ».

Par son approche pluridisciplinaire et sa vision intégrée du cycle de vie des batteries, cet ouvrage apporte un éclairage utile sur l’un des enjeux majeurs de la transition énergétique. Il illustre la contribution de la recherche académique à la compréhension des défis liés au stockage de l’énergie et souligne l’expertise portée par l’Institut de Recherche de Chimie Paris et Chimie ParisTech – PSL dans ce domaine stratégique.

Référence bibliographique. Chagnes, A. & Światowska, J. (dir.), Lithium Battery Design: Resources, Chemistry, and Recycling, 2e édition, Elsevier, 2026, 542 p., ISBN 9780443406126.