Accumulateur lithium - Définition

Li-ion polymère (Li-Po)

L'électrolyte est un polymère gélifié. La batterie Li-Po utilise un principe de fonctionnement semblable aux batteries Li-ion et a des caractéristiques proches.

Avantages des Li-Po

• Batterie pouvant prendre des formes fines et variées (carte de crédit).
• Batterie pouvant être déposée sur un support flexible.
• Faible poids (le Li-Po permet parfois d'éliminer la lourde enveloppe de métal ).
• Plus sûre que les Li-ion (plus résistante à la surcharge et aux fuites d'électrolytes).

Faiblesse des Li-Po

• Densité énergétique plus faible que les Li-ion.
• Plus cher que le Li-ion.
• Charge soumise à des règles strictes sous peine de risque d'inflammation.
• Moins de cycles de vie.

Utilisation

Des batteries Lithium polymère sont couramment utilisées pour la fourniture d'énergie aux modèles réduits volants. C'est également grâce à cette technologie que, le 7 avril 2010, le Solar Impulse (un prototype suisse d'avion solaire), a effectué avec brio son premier vol d'essai au départ d'une base aérienne située en Suisse.

La tension d'un élément Li-Po est de 3,7 V. Plusieurs éléments sont généralement assemblés en « Packs ». Les tensions sont alors additionnées dans le cas d'un assemblage en série (3,7 V; 7,4 V; 11,1 V; etc.). Les capacités (mesurée en mAh) des éléments sont additionnés dans le cas d'un assemblage en parallèle.

Elles sont aussi de plus en plus utilisées pour les vélos à assistance électrique, avec couramment une tension de 24 V.

Lithium Métal Polymère (LMP)

Les batteries LMP étaient en développement chez deux sociétés : Batscap (Ergué-Gabéric, France) et Avestor (Boucherville, Québec). Cette dernière a été rachetée le 6 mars 2007 par le groupe français Bolloré (propriétaire à 95 % de Batscap) en prévision d'une implantation sur le véhicule électrique du groupe : la Blue Car.

Elle se présente sous la forme d'un film mince enroulé. Ce film, d'une épaisseur de l'ordre d'une centaine de micromètres, est composé de 5 couches :

• Isolant
• Anode : feuillard de lithium
• Électrolyte : composé de polyoxyéthylène (POE) et de sels de lithium (dans le cas de la batterie de la société Batscap).
• Cathode : composée d'oxyde de vanadium, de carbone et de polymère (dans le cas de la batterie de la société Batscap).
• Collecteur de courant : feuillard de métal, permettant d'assurer la connexion électrique.

Caractéristiques

La densité massique est de 110 Wh/kg. Pour comparaison, elle contient presque 3 fois plus d'énergie que les batteries au plomb (~40 Wh/kg) à poids égal car la structure en film mince est légère et maximise la surface de stockage utile d'énergie.

Il n'y a pas d'effet mémoire, on n'a donc pas besoin de vider complètement l'accumulateur avant de la recharger.

La durée de vie annoncée des batteries utilisant cette technique est de l'ordre de dix ans.

Cependant, pour un fonctionnement optimal, l'électrolyte a besoin d'être maintenu à une température avoisinant 85 °C.

Avantages

• Entièrement solide (pas de risque d'explosion).
• Faible auto-décharge.
• Pas de polluant majeur dans la composition de l'accumulateur (sauf si utilisation d'oxyde de vanadium).

Inconvénients

• Fonctionnement optimal à température élevée.

Lithium-phosphate

Cette version, plus récente, a une tension un peu plus faible (~3,3 V) mais se veut plus sûre, moins toxique et d'un coût moins élevé. En effet, le prix des batteries lithium-ion provient en grande partie des matériaux utilisés à la cathode, qui contient du cobalt et/ou du nickel, métaux très chers et rendant plus délicat le multi-sourcing. Dans une batterie Lithium à technique phosphate, les cathodes standard (LiCo_xNi_yAl_zO₂) sont remplacées par le phosphate de fer LiFePO₄, matériau peu cher, car ne contenant pas de métaux rares, et de plus non toxique contrairement au cobalt. En outre, cette cathode est très stable et ne relâche pas d'oxygène (responsable des explosions et feux de batteries Li-ion) la rendant plus sûre.

Pour un développement industriel dans le véhicule électrique (contenant de l'ordre de 30 kWh de batteries), une baisse de prix est impérative. Le coût d'une batterie Li-FePO est de plus de 1 000 €/kWh et devra être abaissé sous 500 €/kWh pour atteindre ce marché.

Cependant des recherches sont encore en cours pour s'assurer de leur durée de vie, d'amener leur capacité au niveau des autres techniques li-ion et, à long terme de leur tenue à des températures élevées : il semblerait que la dissolution du fer (favorisée par la température) nuise à la cyclabilité de cette batterie.

Une équipe du MIT a mis au point, en mars 2009, un procédé permettant de doper considérablement la vitesse de charge des batteries lithium-ion que l'on retrouve dans la plupart de nos appareils high-tech. Dès 2009 en Europe, une petite voiture entièrement électrique devrait rouler avec cette batterie dont le temps de charge est bien plus court que les batteries antérieures.