Introduction aux Batteries Lithium-ion
Les batteries lithium-ion, connues sous le nom de batteries Li-ion, sont une forme de batteries secondaires (rechargeables) composées de cellules où les ions lithium se déplacent de l’anode à travers un électrolyte vers la cathode lors de la décharge, et inversement lors de la charge. Ces batteries offrent plusieurs avantages spécifiques tels que leur haute tension par cellule, une densité énergétique élevée, et l’absence d’effet mémoire.
Composition et Fonctionnement
Une batterie Li-ion est constituée d’une cathode en matériau composite (un composé de lithium intercalé) qui définit le type de cellule. L’anode est généralement en graphite lithié poreux. L’électrolyte peut être liquide, polymère ou solide, tandis que le séparateur poreux facilite le transport des ions lithium et prévient les courts-circuits et la surchauffe.
Types et Caractéristiques
Les performances, coûts, et caractéristiques de sécurité varient selon les types de batteries Li-ion. Les appareils électroniques portables utilisent principalement des batteries lithium-polymère, avec un cathode en oxyde de cobalt de lithium (LiCoO2) et une anode en graphite, offrant une densité énergétique élevée. Les batteries Li-ion ont généralement une haute densité énergétique, aucun effet mémoire, et une faible auto-décharge.
Applications Courantes
Les batteries Li-ion sont utilisées dans de nombreux appareils, incluant les ordinateurs portables, outils sans fil, certains véhicules électriques, trottinettes électriques, la plupart des vélos électriques, les banques d’alimentation portables, et les lampes de poche LED. Le type de cellule le plus courant est la batterie 18650, avec une tension nominale de 3,7 V.
Différenciation des Batteries Primaires et Secondaires
Il est important de distinguer les batteries lithium-ion rechargeables des batteries primaires au lithium (comme les piles bouton CR2032 3V) qui contiennent du lithium métallique et ne sont pas rechargeables.
Applications Spécifiques dans l’Électronique
Le type Li-ion le plus courant dans les petits appareils électroniques (tels que les ordinateurs portables et téléphones) est le LCO (lithium-cobalt-oxyde) en raison de son énergie spécifique élevée. Tesla Motors utilise des cellules LCO de taille d’ordinateur portable dans leurs véhicules électriques, associées à un système de refroidissement liquide.
La Technologie LiFePO4 pour les Véhicules Électriques
D’autre part, les cellules LiFePO4 (lithium-fer-phosphate) ne subissent pas de dégagement thermique incontrôlé et présentent peu de risques d’incendie, car elles ne libèrent pas d’oxygène à haute température. Ces cellules offrent une bonne durée de vie, des coûts faibles par Ah et kW, de bonnes capacités de puissance, et sont extrêmement sûres, mais leur énergie spécifique est faible et leur performance est médiocre à basses températures.
Les Batteries Lithium-ion et le Stockage d’Énergie sur le Réseau Électrique
En plus de leur utilisation dans les appareils électroniques et véhicules, les batteries Li-ion jouent un rôle important dans le stockage d’énergie pour le réseau électrique, aidant à stabiliser l’approvisionnement et à intégrer les sources d’énergie renouvelables.
