Batteries au Lithium Métal
Les cellules primaires à base de lithium, également connues sous le nom de batteries au lithium métal, sont des batteries non rechargeables qui utilisent le lithium métallique comme anode. Elles se distinguent par leur faible taux d’auto-décharge, offrant ainsi une durée de vie prolongée, pouvant atteindre jusqu’à 10 ans, et ce, même dans des températures allant jusqu’à 70°C.
Types de Cellules au Lithium Métal
Les types de batteries au lithium métal les plus courants sont :
- Cellule au Lithium-Manganèse Dioxyde : Utilise une feuille de lithium comme anode et du dioxyde de manganèse comme cathode. La tension cellulaire est de 3 volts.
- Cellule au Lithium Fer Disulfide : Ces batteries cylindriques utilisent le lithium pour l’anode et le disulfure de fer pour la cathode. La tension cellulaire est de 1.5 volts.
- Cellule au Lithium Thionyl Chloride : Elles possèdent la plus haute densité énergétique parmi toutes les cellules de type lithium et une durée de vie de 15 à 20 ans.
- Cellule au Lithium Air : Semblable aux cellules au zinc-air, elles ont une densité énergétique théorique très élevée.
Composition et Chimie
La batterie au lithium métal (cellule Li/MnO2) est composée de cinq parties : un couvercle (borne négative), une anode de lithium métallique, un séparateur, une cathode de dioxyde de manganèse de haute densité (MnO2), et un électrolyte. La réaction globale dans une cellule Li/MnO2 est la suivante : Li(s) + MnIVO2(s) ⇌ MnIIIO2(Li+) [E° = +3.19 V].
Les batteries convertissent l’énergie chimique en énergie électrique via des réactions redox spontanées dans les deux électrodes séparées par un électrolyte. L’électrolyte est un mélange de solvant organique dans lequel un sel de métal alcalin est dissous.
Avantages et Inconvénients
Avantages : Les batteries au lithium métal ont une densité énergétique élevée, une longue durée de vie, une large plage de températures de fonctionnement, et une taille réduite. Elles sont idéales pour les applications à faible décharge et sont respectueuses de l’environnement lors de leur élimination.
Inconvénients : Leur principal inconvénient est qu’elles sont non rechargeables. Elles ont également un faible taux de décharge (C-rate) et sont moins écologiques que les batteries rechargeables.
Caractéristiques des Batteries au Lithium Métal
Les batteries sont évaluées selon plusieurs paramètres, tels que la tension cellulaire, la tension de coupure, la capacité, le taux de décharge (C-rate), et le taux d’auto-décharge. Par exemple, la batterie CR2032 a une tension nominale de 3.0 V, une capacité typique de 210-230 mAh, et un taux d’auto-décharge annuel inférieur à 1%.
Autres Types de Batteries
En plus des batteries au lithium métal, il existe de nombreux autres types de batteries, classées par taille, chimie, application et tension. Parmi elles, on trouve les batteries alcalines, au zinc-carbone, au lithium-ion, au plomb-acide, et bien d’autres, chacune avec des caractéristiques et applications spécifiques.
