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Une batterie lithium-ion évoquera un principe de fonctionnement associé à plusieurs réactions chimiques. Comment définir ces phénomènes et les composants de ces accumulateurs si populaires ? Ce guide vous présentera des éléments de réponse accessibles aux professionnels comme aux néophytes.

Batterie lithium ion : fonctionnement et principes appliqués

Une batterie au lithium-ion est composée de nombreuses cellules individuelles. Chacune de ces cellules est toujours construite de la même manière et contient les éléments suivants :

  • Electrode positive : la cathode de la batterie lithium-ion est constituée d’oxyde de lithium métallique, qui peut contenir des quantités variables de nickel, de manganèse et de cobalt.
  • Electrode négative : l’anode est généralement en graphite.
  • Électrolyte : pour que les ions de lithium puissent se déplacer dans la batterie comme porteurs de charge, un électrolyte anhydre est également inclus. Celui-ci contient des sels tels que l’hexafluorophosphate de lithium dissous dans un solvant aprotique comme le carbonate de diéthyle. Dans les batteries lithium-polymère, on utilise un polymère de polyfluorure de vinylidène ou de polyfluorure de vinylidène-hexafluoropropène.
  • Séparateur : pour éviter les courts-circuits, un séparateur fait de tissus non tissés ou de films polymères est installé entre les électrodes. Le séparateur est perméable aux ions de lithium et peut absorber de grandes quantités d’ions.

Selon les matériaux d’électrode utilisés, les batterie lithium-ion sont divisées en différents groupes. Le mode de fonctionnement reste le même, mais la densité d’énergie, la tension des cellules, la sensibilité à la température, la capacité et le courant de charge et de décharge autorisés peuvent varier. Voici les différents types de batteries lithium-ion :

  • Batteries lithium-polymère : l’électrolyte utilisé ici est un film à base de polymère ayant une consistance de gel. Cette structure permet de produire des batteries particulièrement petites (moins de 0,1 mm d’épaisseur) et variées. Avec une densité d’énergie allant jusqu’à 180 Wh/kg, elles sont très puissantes, mais également très sensibles.
  • Batteries dioxyde de cobalt et lithium : l’électrode positive de ce type de batterie est constituée de dioxyde de cobalt et de lithium. L’anode est constituée de graphite. Ce genre de batteries rechargeables ont tendance à se décomposer thermiquement en cas de surcharge.
  • Batteries dioxyde de titane et lithium : ici, les électrodes négatives ne sont pas en graphite, mais en spinelle de lithium-titane fritté. Cela permet une capacité de charge très rapide et un fonctionnement à des températures basses jusqu’à -40° C. Les électrodes positives sont, quant à elles, faites d’oxyde de lithium et de titane.
  • Batteries lithium-fer-phosphate : ces batteries ont chacune une cathode en phosphate de fer et de lithium. L’électrolyte est ici présent sous forme solide. Les batteries rechargeables de ce type ont une densité d’énergie plus faible, jusqu’à 110 Wh/kg, mais n’ont pas tendance à se décomposer en cas de dommage mécanique. La courbe de tension de décharge indique un effet mémoire dans ces batteries, mais celui-ci est très faible par rapport aux accumulateurs nickel-cadmium.

Le fonctionnement des batteries lithium-ion repose essentiellement sur le mouvement constant du lithium-ion entre les électrodes. Le flux de lithium-ion équilibre le flux de courant externe pendant la charge et la décharge des batteries, de sorte que les électrodes elles-mêmes restent électriquement neutres :

Structure et fonctionnement d'une batterie lithium-ion

Fonctionnement batterie lithium ion : quelles consignes d’utilisation à respecter ?

  1. Eviter les températures élevées

    Votre batterie lithium ion est constituée d’éléments hautement inflammables. Ainsi, il est vivement déconseillé d’utiliser votre appareil électroportatif à proximité d’une source de chaleur importante.

  2. Vérifier les polarités

    La majorité des constructeurs de batteries lithium respectent un design où l’inversement des polarités est impossible. Néanmoins, si votre bloc d’alimentation n’est pas concerné par cette caractéristique, vérifiez minutieusement la position du « + » et « – » avant de procéder à une charge ou d’utiliser votre appareil (risques d’implosions).

  3. Privilégier les chargeurs du constructeur

    Certains chargeurs universels sont conçus pour assurer le fonctionnement de chaque batterie lithium. Néanmoins, une intensité inadaptée peut endommager votre matériel. Privilégiez donc les modèles proposés par le constructeur de votre équipement.

  4. Ne jamais immerger votre batterie

    Immerger une batterie lithium dans un liquide (eau, nettoyant…) peut endommager le circuit de protection. À cause de ce phénomène, votre accumulateur peut prendre feu. Par ailleurs, une oxydation rendra votre appareil hors d’usage.

  5. Limiter les chocs

    Une batterie lithium et son fonctionnement connaissent une certaine fragilité. En cas de choc, un gonflement, une fuite de composants ou l’apparition de fumées confirmeront la détérioration irréversible de votre bloc d’alimentation. Il est donc conseillé de ranger votre matériel dans une armoire dédiée afin d’éviter les chutes.

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