Ces trois batteries lithium ont d’abord un point commun : le lithium. Ce matériau a une densité énergétique élevée. À masse égale, il stocke 3 à 4 fois plus d’énergie que le plomb ou le nickel-cadmium. Passons aux différences. Une batterie lithium standard est à charge unique, contrairement à la batterie lithium ion, qui est rechargeable. Quant à la batterie lithium polymère, c’est une sous-catégorie de la batterie lithium ion. Découvrez avec Jade Technologie leurs principales différences.
Lithium batteries
Terminologie : confusion de sens entre batterie lithium et batterie lithium ion
Une confusion existe dans le langage courant. Le terme « batterie lithium » est utilisé comme abréviation de l’expression « batterie lithium ion ». Cependant, la plupart des batteries modernes « au lithium » fournissant l’énergie aux produits électroniques sont des batteries lithium ion. Ces deux technologies de batterie ont un point commun et une différence de fond.
Point commun entre batterie lithium et batterie lithium ion
Leur point commun est l’utilisation du lithium un métal doté de plusieurs atouts intéressants pour la fabrication des batteries :
- libération facile d’électrons ;
- métal le plus léger du tableau périodique ;
- densité énergétique élevée, pouvant stocker 3 à 4 fois plus d’énergie par unité de masse que d’autres métaux ;
- temps de charge plus élevé ;
- longue durée de vie du point de vue des cycles de charge/décharge ;
- métal polyvalent dont les propriétés peuvent être optimisées de plusieurs manières ;
- métal souple facile à façonner.
Différence entre batterie lithium et batterie lithium ion
Les batteries lithium sont non rechargeables. Elles utilisent, dans leur composition, du lithium pur sous forme métallique. Ces batteries se trouvent dans les équipements où le remplacement de la batterie n’est pas facile. Il peut s’agir de montres ou de pacemaker. À l’opposé, les batteries lithium ion sont rechargeables. Le lithium utilisé pour leur fabrication n’est ni pur ni métallique. Il est présent sous forme de composés.
Composition des batteries lithium et lithium ion
Du point de vue de la composition, les batteries lithium et lithium ion présentent des différences majeures. La première tient à la composition de l’anode et de la cathode. La seconde concerne le boîtier, de forme généralement cylindrique pour la batterie lithium ion. Cette dernière, du fait de sa capacité de recharge, comporte un circuit de protection. Détaillons leurs compositions respectives pour vous permettre de mieux identifier leurs différences.
La batterie lithium
Également dénommée pile au lithium ou batterie lithium primaire, la batterie lithium se compose de plusieurs éléments physicochimiques. Leur assemblage permet la conversion de l’énergie chimique en énergie électrique disponible. Le tableau suivant fournit une vue synthétique de la structure interne d’une batterie lithium.
| Nom de l’élément de la batterie lithium | Composition | Rôle dans la production d’électricité | |||
| Anode | Lithium métallique | Électrode négative où se produit l’oxydation qui libère les électrons | |||
| Cathode | Dioxyde de manganèse (MnO₂), oxyde de cuivre (CuO) ou disulfure de fer (FeS₂) | Électrode positive capturant les électrons libérés par l’anode | |||
| Électrolyte | Substance liquide faite de sels de lithium dissous dans un solvant organique de type carbonate de propylène | Conducteur entre l’anode et la cathode facilitant le déplacement des électrons et évitant leur dégradation rapide | |||
| Séparateur | Matériau polymère poreux | Positionné entre les électrodes, il laisse passer les ions lithium et empêche le contact direct entre l’anode et la cathode | |||
| Boîtier | Enveloppe en acier inox ou en aluminium | Protège les composants internes de la batterie et fournit les bornes de connexion électriques |
La batterie lithium ion
La batterie lithium ion, ou accumulateur lithium ion a pour caractéristique l’échange réversible des ions lithium entre l’anode et la cathode. En clair, elle est rechargeable. De ce fait, la batterie doit embarquer un système électronique de protection pour éviter les surchauffes et les explosions. Sa composition présente des différences notables par rapport à celle de la batterie lithium primaire. Le tableau suivant présente l’essentiel à retenir.
| Nom de l’élément de la batterie lithium ion | Composition | Rôle dans la production d’électricité | |||
| Anode | Graphite, graphène, composés de carbone | Stockage des ions lithium dans les différentes couches de matériaux | |||
| Cathode | Composés de lithium métallique tels que le Lithium Cobalt Oxyde (LiCoO₂) ou le Lithium Manganèse Oxyde (LiMn₂O₄) | Pendant la décharge, la cathode capte les ions lithium en provenance de l’anode | |||
| Électrolyte | Liquide organique à base de sels de lithium, de carbonate d’éthylène (EC) ou de diméthyle carbonate (DMC) ou d’autres solvants | Sert de conducteur ionique, mais pas d’électricité. Permet le déplacement des ions lithium entre l’anode et la cathode pendant les cycles de charge/décharge. Évite leur dégradation rapide. | |||
| Séparateur | Membrane poreuse en polyéthylène ou en polypropylène | Placée entre l’anode et la cathode, évite les contacts entre l’anode et la cathode (court-circuit) | |||
| Boîtier | Enveloppe externe en acier ou aluminium, le plus souvent cylindrique | Protège l’intégrité physique des composants et sert de ventilation | |||
| Circuit de protection | Circuit électronique de type BMS | Assure la sécurité : surveille la température, la tension, les courants de charge et de décharge |
Batterie lithium ion et batterie lithium polymère
Vous avez maintenant connaissance des principales différences entre les batteries lithium et la batterie lithium ion. Mais qu’en est-il pour les batteries lithium ion et les batteries lithium polymère ? En quoi se distinguent-elles ? Le point à retenir est que la batterie lithium est la catégorie principale. Elle comprend des déclinaisons, liées à la composition et la fabrication. La batterie lithium polymère en est une. Détaillons.
Batterie lithium ion (Li-ion) : la catégorie générique
Les fabricants proposent des sous-catégories de batteries lithium. Chacune présente des caractéristiques spécifiques selon leur composition physicochimique et le courant délivré. Leur densité énergétique en Wh/kg varie de 150 à 190. Les multiples variétés répondent aux besoins très différents des applications et comptent par exemple les batteries suivantes :
- batterie lithium fer phosphate ;
- batterie lithium cobalt oxyde ;
- batterie lithium manganèse oxyde ;
- batterie lithium nickel manganèse cobalt oxyde ;
- batterie lithium nickel cobalt aluminium oxyde ;
- batterie lithium titanate.
Jade Technologie propose des batteries lithium cobalt oxyde et des batteries lithium manganèse oxyde. Nous concevons également des batteries lithium polymère, une autre sous-catégorie des batteries lithium.
La batterie lithium ion cobalt oxyde (LiCoO₂)
Cette batterie comporte une cathode en oxyde de cobalt. Elle présente une densité énergétique élevée. Elle est parfaite pour les appareils exigeant une puissance élevée et un format compact. Jade Technologie propose ces batteries lithium ion pour les applications telles que les terminaux mobiles, les systèmes de sécurité ou les appareils de mesure. La tension par élément est de 3,7 V, la capacité varie, par exemple, de 1 700 à 3 000 mAh.
La batterie lithium manganèse oxyde (LiMn₂O₄)
La cathode de cette batterie est en oxyde de manganèse. Ses avantages : une faible résistance interne, lui permettant de délivrer de fortes puissances, de garantir la stabilité thermique et la sécurité. Jade Technologie commercialise ces batteries lithium ion pour batteries de véhicules électriques. La tension par élément est de 3,7 V. La capacité par élément est très élevée, variant de 45 à 100 Ah. Le courant de décharge peut atteindre 300 A pendant 30 secondes.
La batterie lithium polymère (Li-Po)
Les batteries lithium polymère sont une catégorie des batteries lithium ion. Jade Technologie vous propose ces batteries pour vos applications à cahier des charges spécifique. Elles sont notamment adaptées à l’alimentation autonome des équipements mobiles ou miniaturisés. Voyons pourquoi, en les comparant avec les batteries lithium ion :
- électrolyte : les batteries lithium polymère ont un électrolyte gélifié, évitant les fuites de l’électrolyte liquide des batteries lithium ion classiques ;
- forme : grâce à l’électrolyte non liquide, les batteries lithium polymère peuvent être fabriquées dans des formes variées et sur mesure ;
- poids : les batteries lithium polymère sont, de par leur composition et l’absence de boîtier métallique, 20 % plus légères que les batteries lithium ion classiques ;
- sécurité : l’absence d’électrolyte liquide en fait des batteries considérées plus stables, moins susceptibles de fuir ou de provoquer des incendies.
La tension par élément est de 3,7 V. Les capacités de nos batteries varient par exemple de 150 à 5 000 mAh. Leur densité énergétique (entre 100 et 130 Wh/kg) est légèrement inférieure à celle des batteries lithium ion.
La batterie lithium chlorure de thionyle
Pour les applications exigeantes, utilisées en environnement très froid ou très chaud, la technologie lithium/cathode chlorure de thionyle est recommandée. Notez toutefois que ces batteries sont des piles non rechargeables. Elles ont l’avantage de présenter une très forte densité d’énergie (jusqu’à 500 Wh/kg).
Leur fonctionnement est possible dans une large plage de température (-50 à + 100 °C). Jade Technologie propose ces piles LiSoCI2 en plusieurs déclinaisons : technologie spiralée, bobinée, haute température, section carrée. La tension varie de 3,6 à 9 V, pour des capacités allant de 750 mAh à 27 000 mAh.
La principale différence entre la batterie lithium et la batterie lithium ion est la capacité de recharge de cette dernière. La batterie lithium polymère, plus légère et également rechargeable, peut présenter une forme sur mesure. Vous avez besoin de batteries rechargeables spécifiques pour vos petits équipements nomades ou fixes en site isolé ? Contactez-nous.