Caractéristiques des Batteries au Lithium Métallique
Les batteries au lithium métallique, ou cellules primaires à base de lithium, représentent une avancée significative dans le domaine de l’énergie portable. Distinctes des batteries lithium-ion ou lithium-polymère rechargeables, ces batteries utilisent le lithium métallique comme anode et se caractérisent par leur nature non rechargeable. Leur principal avantage réside dans leur faible taux d’auto-décharge, garantissant une durée de conservation exceptionnelle pouvant atteindre 10 ans, même dans des températures allant jusqu’à 70°C.
Types de Cellules et Réactions Chimiques
Les types les plus courants de ces batteries sont :
- Cellule au dioxyde de manganèse-lithium
- Cellule au disulfure de fer-lithium
- Cellule au chlorure de thionyle-lithium
- Cellule air-lithium
Par exemple, la réaction globale dans les cellules au MnO2/Li est : Li(s) + MnIVO2(s) ⇌ MnIIIO2(Li+) [E° = +3.19 V]
Distinction et Composition Chimique
Il est crucial de distinguer les batteries primaires au lithium des batteries secondaires lithium-ion ou lithium-polymère. Ces dernières ne contiennent pas de lithium métallique. La première lettre dans le système standard IEC identifie la composition chimique de la batterie, comme « C » pour les batteries au lithium métallique (ex. CR2032).
Propriétés Électrochimiques du Lithium
Le lithium se distingue comme matériel d’électrode exceptionnel pour les batteries à haute densité énergétique grâce à son potentiel d’électrode bas et sa très haute conductivité. Sa nature souple et malléable permet de l’extruder en feuilles minces.
Classification et Tension Nominale
Les batteries au lithium peuvent être classées de plusieurs manières, notamment par le matériau de la cathode et la tension. L’utilisation d’une cathode en disulfide de fer donne une batterie d’une tension nominale de 1,5 volts, couramment utilisée pour les piles AA haute performance. La plupart des autres batteries au lithium sont des systèmes de 3,0 volts utilisant des cathodes composées soit de solides (dioxyde de manganèse ou monofluorure de carbone) soit de liquides hautement toxiques (dioxyde de soufre ou chlorure de thionyle).
Paramètres Clés des Batteries au Lithium Métallique
Pour comparer et comprendre les capacités de chaque batterie, plusieurs paramètres sont essentiels :
- Tension de Cellule : La tension des batteries électriques est créée par la différence de potentiel des matériaux composant les électrodes positives et négatives dans la réaction électrochimique. Par exemple, pour la cellule au MnO2/Li, la tension de cellule est de 3V.
- Tension de Coupure : La tension de coupure est la tension minimale admissible. Elle définit généralement l’état « vide » de la batterie. Par exemple, la tension nominale de la batterie CR2032 est de 3.0 V et la tension de coupure est de 2.0 V.
- Capacité : La capacité coulométrique représente le total des ampères-heures disponibles lors de la décharge de la batterie à un courant de décharge donné de 100% SOC à la tension de coupure. La CR2032 a typiquement une capacité dans la gamme de 210-230 mAh.
- Taux de C : Le taux de C est utilisé pour exprimer la vitesse de décharge ou de charge d’une batterie par rapport à sa capacité maximale. Un taux de 1C signifie que le courant de décharge déchargera la totalité de la batterie en 1 heure.
- Auto-décharge : Les batteries se déchargent progressivement même si elles ne sont pas connectées et ne fournissent pas de courant. Ceci est dû à des réactions chimiques « secondaires » non productrices de courant qui se produisent dans la cellule même lorsqu’aucune charge n’est appliquée. Le taux d’auto-décharge annuel de la batterie CR2032 à température ambiante et humidité normale est inférieur à 1% de la capacité nominale.
