Conception de batteries lithium-ion à charge rapide au moyen de minéraux d’origine canadienne pour l’électrification des transports
Aperçu du projet
Ce projet de recherche a pour but de révolutionner les batteries lithium-ion pour véhicules électriques (VE) afin de lutter contre l’augmentation des émissions de CO2 issues du secteur des transports au Canada. Par la conception de batteries à charge rapide (cinq minutes ou moins) et un coût cible de 80 $ US/kWh, le projet s’attaque aux éléments qui nuisent actuellement à la qualité marchande des VE.
L’objectif est d’utiliser des matériaux d’origine locale et de collaborer avec les industries québécoise et canadienne afin de rendre les VE plus accessibles, en particulier pour les personnes à faible revenu, tout en contribuant à l’atteinte des cibles de réduction des émissions de gaz à effet de serre du Canada.
La recherche couvre l’ensemble du processus de développement, de la conception des matériaux à l’assemblage des batteries. En plus d’assurer la croissance économique et l’indépendance vis-à-vis des matériaux de batteries, cette approche audacieuse contribue également à l’innovation technologique en matière d’énergie propre et à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Par cette initiative, l’équipe du projet s’efforce de créer un avenir durable et respectueux de l’environnement pour le Canada, en répondant à l’urgence de lutter contre les changements climatiques et leur incidence sur la population.
Renseignements clés
| Chercheur principal | Karim Zaghib, professeur, Département de génie chimique et des matériaux, directeur général de Volt-Age, Université Concordia |
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Cochercheurs principaux |
Xia Li, professeure adjointe, Département de génie chimique et des matériaux, Université Concordia; Sixu Deng, professeur adjoint, Département de génie chimique et des matériaux, Université Concordia | |
Collaboratrice de recherche |
Sarah Sajedi, Environmental Management Solutions | |
| Partenaires non universitaires | Lightening Energy, AI Mogul, Nouveau Monde Graphite | |
| Mots-clés de la recherche | Batteries lithium-ion, charge ultrarapide, densités d’énergie élevées, longue durée de vie, électrification, véhicules électriques, développement durable | |
| Budget | En espèces : 400 000 $ En nature : 400 000 $ |
Publications:
A. Nekahi, A. K. Madikere Raghunatha Reddy, X. Li, S. Deng, and K. Zaghib, “Rechargeable Batteries for the Electrification of Society: Past, Present, and Future,” Electrochem. Energy Rev., vol. 8, no. 1, p. 1, Dec. 2025, doi: 10.1007/s41918-024-00235-8.
M. Dorri, A. K. M R, and K. Zaghib, “In operando and in situ characterization tools for advanced rechargeable batteries: Effects of electrode origin and electrolyte,” Journal of Power Sources, vol. 658, p. 238188, Dec. 2025, doi: 10.1016/j.jpowsour.2025.238188.
A. Nekahi et al., “Toward Green Renewable Energies and Energy Storage for the Sustainable Decarbonization and Electrification of Society,” Electrochem. Energy Rev., vol. 8, no. 1, p. 12, Dec. 2025, doi: 10.1007/s41918-025-00247-y.
M. Dorri et al., “Exploring sustainable lithium iron phosphate cathodes for Li-ion batteries: From mine to precursor and cathode production,” Journal of Power Sources, vol. 656, p. 238041, Nov. 2025, doi: 10.1016/j.jpowsour.2025.238041.
I. Bahaj, A. Kumar M R, M. B. Armand, and K. Zaghib, “In memory of Bruno Scrosati: Metal salts for rechargeable Batteries: Past, present, and future,” Journal of Power Sources, vol. 655, p. 237898, Nov. 2025, doi: 10.1016/j.jpowsour.2025.237898.
G. Vegh et al., “Life cycle assessment of nickel, manganese, cobalt critical minerals: lithium hydroxide monohydrate (mine-to-material) in Québec, Canada,” Journal of Power Sources, vol. 657, p. 238149, Nov. 2025, doi: 10.1016/j.jpowsour.2025.238149.
Y. Dou et al., “Manganese‐Based Spinel Cathodes: A Promising Frontier for Solid‐State Lithium‐Ion Batteries,” Advanced Materials, p. e14126, Oct. 2025, doi: 10.1002/adma.202514126.
K. Vishweswariah, N. G. Ningappa, M. D. Bouguern, A. Kumar M R, Michel. B. Armand, and K. Zaghib, “Evaluation and Characterization of SEI Composition in Lithium Metal and Anode‐Free Lithium Batteries,” Advanced Energy Materials, vol. 15, no. 39, p. 2501883, Oct. 2025, doi: 10.1002/aenm.202501883.
Q. Yu et al., “An active bifunctional natural dye for stable all-solid-state organic batteries,” Nat Commun, vol. 16, no. 1, p. 8364, Sep. 2025, doi: 10.1038/s41467-025-62301-z.
J. Goudarzi et al., “Sustainable Recovery of Critical Metals from Spent Lithium-Ion Batteries Using Deep Eutectic Solvents,” Batteries, vol. 11, no. 9, p. 340, Sep. 2025, doi: 10.3390/batteries11090340.
N. G. Ningappa, K. Vishweswariah, M. D. Bouguern, A. K. M R, K. Amine, and K. Zaghib, “Mechanistic insights and materials strategies for dendrite-free metal anodes in alkali and zinc batteries,” Nano Energy, vol. 141, p. 111144, Aug. 2025, doi: 10.1016/j.nanoen.2025.111144.
A. Nekahi, E. Feyzi, M. Srivastava, F. Yeganehdoust, A. K. Madikere Raghunagtha Reddy, and K. Zaghib, “Advanced lithium-ion battery process manufacturing equipment for gigafactories: Past, present, and future perspectives,” iScience, vol. 28, no. 7, p. 112691, Jul. 2025, doi: 10.1016/j.isci.2025.112691.
M. Srivastava, A. Kumar M R, S. Ahmed, and K. Zaghib, “Exploring oxide cathodes for Li-ion batteries: From mineral mining to active material production,” Journal of Power Sources, vol. 645, p. 236968, Jul. 2025, doi: 10.1016/j.jpowsour.2025.236968.
B. Ramasubramanian et al., “Boosting hybrid capacitive-intercalative Al-ion storage with N-F doped nanocarbon electrodes,” Journal of Power Sources, vol. 643, p. 237012, Jul. 2025, doi: 10.1016/j.jpowsour.2025.237012.
E. Feyzi, M. Rezaei, A. Nekahi, A. K. M R, M. B. Armand, and K. Zaghib, “Carbon in lithium-ion battery technology and beyond; Tribute to Kim Kinoshita,” Energy Storage Materials, vol. 79, p. 104348, Jun. 2025, doi: 10.1016/j.ensm.2025.104348.
M. R. Raj, K. Zaghib, and G. Lee, “Advanced aqueous electrolytes for aluminum-ion batteries: Challenges and opportunities,” Energy Storage Materials, vol. 78, p. 104211, May 2025, doi: 10.1016/j.ensm.2025.104211.
A. Aghili Mehrizi, F. Yeganehdoust, A. K. Madikere Raghunatha Reddy, and K. Zaghib, “Challenges and Issues Facing Ultrafast-Charging Lithium-Ion Batteries,” Batteries, vol. 11, no. 6, p. 209, May 2025, doi: 10.3390/batteries11060209.
K. Nikgoftar, A. K. Madikere Raghunatha Reddy, M. V. Reddy, and K. Zaghib, “Carbonaceous Materials as Anodes for Lithium-Ion and Sodium-Ion Batteries,” Batteries, vol. 11, no. 4, p. 123, Mar. 2025, doi: 10.3390/batteries11040123
M. Rezaei et al., “A review of lithium-ion battery recycling for enabling a circular economy,” Journal of Power Sources, vol. 630, p. 236157, Feb. 2025, doi: 10.1016/j.jpowsour.2024.236157.
M. Rezaei, A. Nekahi, E. Feyzi, A. K. M R, J. Nanda, and K. Zaghib, “Advancing the circular economy by driving sustainable urban mining of end-of-life batteries and technological advancements,” Energy Storage Materials, vol. 75, p. 104035, Feb. 2025, doi: 10.1016/j.ensm.2025.104035.
A. K. Madikere Raghunatha Reddy, A. Darwiche, M. V. Reddy, and K. Zaghib, “Review on Advancements in Carbon Nanotubes: Synthesis, Purification, and Multifaceted Applications,” Batteries, vol. 11, no. 2, p. 71, Feb. 2025, doi: 10.3390/batteries11020071.
A. A. Dar et al., “Sustainable Extraction of Critical Minerals from Waste Batteries: A Green Solvent Approach in Resource Recovery,” Batteries, vol. 11, no. 2, p. 51, Jan. 2025, doi: 10.3390/batteries11020051.
F. Yeganehdoust, A. K. Madikere Raghunatha Reddy, and K. Zaghib, “Cell Architecture Design for Fast-Charging Lithium-Ion Batteries in Electric Vehicles,” Batteries, vol. 11, no. 1, p. 20, Jan. 2025, doi: 10.3390/batteries11010020.
N. G. Ningappa, A. K. Madikere Raghunatha Reddy, and K. Zaghib, “Advanced Polymer Electrolytes in Solid-State Batteries,” Batteries, vol. 10, no. 12, p. 454, Dec. 2024, doi: 10.3390/batteries10120454.
K. Vishweswariah, A. K. Madikere Raghunatha Reddy, and K. Zaghib, “Beyond Organic Electrolytes: An Analysis of Ionic Liquids for Advanced Lithium Rechargeable Batteries,” Batteries, vol. 10, no. 12, p. 436, Dec. 2024, doi: 10.3390/batteries10120436.
M. D. Bouguern, A. K. M R, and K. Zaghib, “The critical role of interfaces in advanced Li-ion battery technology: A comprehensive review,” Journal of Power Sources, vol. 623, p. 235457, Dec. 2024, doi: 10.1016/j.jpowsour.2024.235457.
S. Ahmed, A. K. Madikere Raghunatha Reddy, and K. Zaghib, “Transformations of Critical Lithium Ores to Battery-Grade Materials: From Mine to Precursors,” Batteries, vol. 10, no. 11, p. 379, Oct. 2024, doi: 10.3390/batteries10110379.
E. Feyzi, A. K. M R, X. Li, S. Deng, J. Nanda, and K. Zaghib, “A comprehensive review of silicon anodes for high-energy lithium-ion batteries: Challenges, latest developments, and perspectives,” Next Energy, vol. 5, p. 100176, Oct. 2024, doi: 10.1016/j.nxener.2024.100176.
M. Ruby Raj, G. Lee, M. V. Reddy, and K. Zaghib, “Recent Advances in Development of Organic Battery Materials for Monovalent and Multivalent Metal-Ion Rechargeable Batteries,” ACS Appl. Energy Mater., vol. 7, no. 19, pp. 8196–8255, Oct. 2024, doi: 10.1021/acsaem.3c02382.
G. Vegh et al., “North America’s Potential for an Environmentally Sustainable Nickel, Manganese, and Cobalt Battery Value Chain,” Batteries, vol. 10, no. 11, p. 377, Oct. 2024, doi: 10.3390/batteries10110377.
A. K. M. R., A. Nekahi, M. D. Bouguern, D. Ma, and K. Zaghib, “Advancements and Challenges in Perovskite-Based Photo-Induced Rechargeable Batteries and Supercapacitors: A Comparative Review,” Batteries, vol. 10, no. 8, p. 284, Aug. 2024, doi: 10.3390/batteries10080284.
A. Nekahi et al., “Comparative Issues of Metal-Ion Batteries toward Sustainable Energy Storage: Lithium vs. Sodium,” Batteries, vol. 10, no. 8, p. 279, Aug. 2024, doi: 10.3390/batteries10080279.
M. Srivastava, A. K. M. R., and K. Zaghib, “Binders for Li-Ion Battery Technologies and Beyond: A Comprehensive Review,” Batteries, vol. 10, no. 8, p. 268, Jul. 2024, doi: 10.3390/batteries10080268.
A. Nekahi, A. Kumar M.R., X. Li, S. Deng, and K. Zaghib, “Sustainable LiFePO4 and LiMnxFe1-xPO4 (x=0.1–1) cathode materials for lithium-ion batteries: A systematic review from mine to chassis,” Materials Science and Engineering: R: Reports, vol. 159, p. 100797, Jun. 2024, doi: 10.1016/j.mser.2024.100797.
B. Ramasubramanian, G. K. Dalapati, M. V. V. Reddy, K. Zaghib, V. Chellappan, and S. Ramakrishna, “Progress and Complexities in Metal–Air Battery Technology,” Energy Tech, vol. 12, no. 5, p. 2301375, May 2024, doi: 10.1002/ente.202301375.
Publications acceptées dans des conférences nationales et internationales:
Z. Yang, “Unravelling the Impact of Carbon Hosts on Chemistry and Microstructure Evolution in Sulfur Cathodes and Interface Design for High-Performance Solid-Sate Li-S Batteries,” May 2025. [Online]. Available: https://ecs.confex.com/ecs/247/meetingapp.cgi/Paper/204197
A. Nizami, “Theoretical Insights into Polymer Interface Coatings for Lithium-Sulfur Battery Cathodes,” May 2025. [Online]. Available: https://ecs.confex.com/ecs/247/meetingapp.cgi/Paper/204410
Des retards, mais de grandes ambitions pour Bécancour, La Presse, March 11, 2025.
Powering the Future: The Evolution of Batteries and Electric Vehicles, 4th SPACE Concordia University, February 6, 2025.
Le client secret de Northvolt est Navistar International, La Presse, December 20, 2024.
Energies nouvelles et renouvelables : Arkab reçoit le chercheur Karim Zaghib, Eco Times, December 8, 2024.
L’ex-ministre Pierre Fitzgibbon nommé au comité consultatif du programme Volt-Age de l’Université Concordia, Journal de Montréal, December 6, 2024.
Électrification: une croissance malgré des vents contraires, Journal de Montréal, September 28, 2024.
Northvolt mise-t-elle sur la bonne technologie de batterie?, Le Devoir, September 25, 2024.
Volt-Age : 40 millions pour la recherche, La Presse, September 24, 2024.
Pas d’industrie sans machinerie, Le Devoir, July 11, 2024.
Sommet sur les batteries et l’hydrogène vert: deux ministres conscients des enjeux régionaux, TVA Nouvelles, May 16, 2024.
Nabilah Al-Ansi: Concordia Horizon PDF Fellowship, Concordia University, September 1, 2025.
Yuxiao Zhang: Leonard F. Ruggins Engineering PhD Scholarship, Concordia University, September 1, 2025.
Xia Li: Global Chemical Engineering Award for Outstanding Female Scientist, Global Chinese Chemical Engineers Symposium (GCCES), August 30, 2025.
Karim Zaghib: Officer of the Order of Canada, Concordia University, June 30, 2025.
Natalia Vargas Perdomo: Concordia PhD Splide Fellowship, Concordia University, May 30, 2025.
Xia Li: Concordia Provost’s Circle of Distinction, Concordia University, April 30, 2025.
Xia Li: College Member of Royal Society of Canada, Royal Society of Canada, September 30, 2024.
Xia Li: Concordia Research Impact Award, Concordia University, September 30, 2024.
Anna Thinphang-nga: Canadian Chemistry Conference and Exhibition Student Award, Canadian Chemistry Conference, June 30, 2024.
But de la recherche
Anodes en silicium et en graphite naturel
Cet objectif de recherche vise à résoudre les problèmes de capacité et de stabilité causés par l’expansion importante du volume pendant la lithiation dans de nombreuses batteries lithium-ion. Il s’agit ici de développer des anodes en silicium et en nanographite pour des batteries lithium-ion à haute performance. Le projet consiste à étudier un éventail de compositions au moyen de différents rapports entre les particules de silicium et de nanographite.
Cathodes polyanioniques en couches et en olivine riches en nickel
L’un des principaux objectifs de cette étude est d’optimiser à la fois les cathodes en couches riches en nickel et polyanioniques en olivine, notamment le phosphate de fer lithium-manganèse (LMFP), en combinant leurs avantages et en corrigeant leurs inconvénients. Pour améliorer la conductivité du LMFP, l’équipe mettra au point une technologie de couche de carbone ayant des propriétés du saccharose à l’aide d’une méthode résistante à l’eau; ainsi, on élimine la nécessité d’utiliser des solvants coûteux et toxiques comme la N-méthyl-pyrrolidone dans la fabrication des électrodes.
Électrolytes
Le projet porte également sur le développement d’une couche interfaciale stable pour protéger les électrodes et prévenir les réactions secondaires indésirables dans les batteries lithium-ion. Cette partie de la recherche a pour but d’étudier des combinaisons de différents matériaux pour créer des électrolytes liquides stables et hautement conducteurs. L’étude compte l’évaluation de la conductivité et de la viscosité de ces électrolytes pour comprendre leurs propriétés et analyser leur capacité à améliorer la stabilité des batteries lithium-ion.
Performance des batteries
Un autre aspect de la recherche consiste à déterminer la construction et l’assemblage optimaux pour les batteries lithium-ion en testant des piles boutons et en évaluant les anodes, les cathodes et les électrolytes. Cette approche permet de mieux comprendre la capacité, la durée de vie, l’efficacité et la capacité de charge rapide des batteries dans diverses conditions, ce qui contribue à optimiser la conception des matériaux des batteries. L’utilisation de matériaux de batteries provenant de mines locales dans l’évaluation de la performance favorise des pratiques d’extraction plus écologiques et pourrait aider à réduire l’empreinte carbone régionale de l’industrie minière.
Caractérisation
L’équipe emploiera des techniques de caractérisation avancées pour étudier les mécanismes des batteries lithium-ion développées et ainsi soutenir l’atteinte des objectifs de la recherche. Des caractérisations comme la spectroscopie à rayons X et les microscopies par diffraction permettront d’étudier la morphologie, la structure cristalline, les états chimiques, les environnements locaux, les propriétés mécaniques et la stabilité thermique des matériaux.
Partenaires non universitaires
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