Se renseigner sur les Batteries lithium-ion
Article publié , mis à jour . Marcel Grume.
Une batterie lithium-ion (ou Li-ion) est un type de batterie rechargeable dans lequel les ions lithium passent de l'électrode négative à l'électrode positive pendant la décharge et dans le sens inverse lors de la charge. C’est l'une des versions rechargeables les plus populaires dans les appareils électroniques portables, en raison de sa densité d'énergie élevée, de son effet de mémoire réduit et de sa faible autodécharge. Ces générateurs gagnent également en popularité pour les applications militaires, les véhicules électriques à batterie et l’aérospatiale.
Les batteries au lithium ont été proposées par le chimiste britannique Stanley Whittingham, alors qu'il travaillait pour Exxon dans les années 1970. Whittingham a utilisé du sulfure de titane et du lithium métallique comme électrodes, mais dans la pratique cette batterie était difficile à produire en série. Il fallut attendre 1980 pour voir émerger un prototype économiquement viable.
L'électrode négative de la batterie rechargeable au lithium-ion d'aujourd'hui a ses origines dans le PAS, un matériau semi-conducteur découvert par Tokio Yamabe au début des années 1980. En 1991 Sony et Asahi Kasei lancèrent la première batterie commerciale au lithium-ion et en 2001, Zhonghua Lu et Jeff Dahn déposèrent un brevet pour une anode au lithium-nickel-manganèse-cobalt, qui offrait des améliorations en termes de sécurité et de densité énergétique par rapport à l'oxyde de cobalt lithium qui était largement utilisé à l'époque.
Construction des batteries lithium-ion
Les trois principaux composants fonctionnels d'une batterie lithium-ion sont les deux électrodes et l'électrolyte. Généralement, l'électrode négative d'une cellule lithium-ion classique est fabriquée à partir de carbone. L'électrode positive est un oxyde métallique et l'électrolyte est un sel de lithium dissout dans un solvant organique.
L'électrode négative la plus populaire dans le commerce est le graphite. L'électrode positive est généralement constituée d'un oxyde stratifié (tel que l'oxyde de lithium et de cobalt), un polyanion (tel que le phosphate de fer lithié) ou un spinelle (tel que l'oxyde de lithium et de manganèse). Récemment, des électrodes à base de graphène ont également été utilisées.
L'électrolyte est typiquement un mélange de carbonates organiques comme le carbonate d'éthylène ou le carbonate de diéthyle. Ces électrolytes non aqueux utilisent généralement des sels anioniques non coordinants tels que l'hexafluorophosphate de lithium, l'hexafluoroarsénate de lithium monohydraté, le perchlorate de lithium, le tétrafluoroborate de lithium ou le triflate de lithium.
Sécurité des batteries lithium-ion
En cas de surchauffe ou de surcharge, les batteries Li-ion peuvent subir un emballement thermique et une rupture des cellules. Dans des cas extrêmes, cela peut entraîner une fuite, une explosion ou un incendie. Pour réduire ces risques, de nombreuses batteries lithium-ion contiennent des circuits de sécurité qui déconnectent la batterie lorsque sa tension est en dehors de la plage de sécurité.
Préoccupations environnementales et recyclage
Étant donné que les batteries Li-ion contiennent moins de métaux toxiques que d'autres types de batteries, elles sont généralement classées dans la catégorie des déchets non dangereux. Les éléments de la batterie Li-ion, y compris le fer, le cuivre, le nickel et le cobalt sont considérés comme sûrs pour les incinérateurs et les sites d'enfouissement. Ces métaux peuvent être recyclés, mais l'extraction minière reste généralement moins onéreuse que le recyclage. À l'heure actuelle, on n'investit pas beaucoup dans le recyclage des batteries Li-ion en raison du coût, de la complexité et du faible rendement.