Batteries lithium-ion sont tout autour de nous, faisant fonctionner nos gadgets et nos voitures. Ils sont comme les petits moteurs qui alimentent notre monde. Mais qu’est-ce qu’il y a à l’intérieur et qui les fait fonctionner ? Jetons un coup d'oeil.
Qu'est-ce qu'une batterie lithium-ion ?
Les batteries lithium-ion sont comme de minuscules usines énergétiques. Ils utilisent des ions lithium pour produire de l’électricité.
Imaginez ces ions comme des messagers transportant de l'énergie entre deux éléments de la batterie. À l’intérieur, un séparateur garantit que les ions lithium peuvent se déplacer entre les côtés tout en bloquant les électrons.
Lors de la charge, les ions se déplacent du côté positif vers le côté négatif, stockant ainsi de l'énergie. Pendant la décharge, les ions reviennent du côté positif, fournissant de l’énergie. Ce mouvement de va-et-vient des ions lithium crée une tension qui pousse les électrons à travers l’appareil connecté et l’alimente.
Batterie lithium-ion vs. Cellule lithium-ion
Parlons de la différence entre une batterie lithium-ion et une cellule lithium-ion.
Une batterie lithium-ion est comme une équipe de coureurs, où chaque cellule lithium-ion est l'un de ces coureurs. L’équipe a besoin que tous les coureurs travaillent ensemble pour être forte.
Chacune de ces cellules possède sa propre tension. Par exemple, la tension d’une cellule au lithium fer phosphate varie de 3,2 à 3,8 volts. Pour alimenter des appareils plus gros, nous pouvons combiner plusieurs cellules pour créer une batterie à tension plus élevée, comme 12, 24 ou 48 volts. Aligner les cellules en série ajoute leurs tensions.
Les cellules peuvent également être connectées en parallèle. Cela combine leur capacité, de sorte que deux cellules parallèles durent environ deux fois plus longtemps qu'une seule.
Qu’y a-t-il à l’intérieur d’une batterie lithium-ion ?
Une batterie au lithium contient plusieurs cellules lithium-ion câblées en série et en parallèle, ainsi que des fils de connexion et un système de gestion de batterie (BMS).
Le BMS surveille l’état de santé et la température de la batterie. En outre, il peut équilibrer l’énergie de toutes les cellules lors de chaque charge complète afin de maximiser la durée de vie et les performances de la batterie.
Qu’y a-t-il à l’intérieur d’une cellule lithium-ion ?
L’intérieur d’une seule cellule lithium-ion est assez simple. Il comprend quatre composants clés : l'anode, la cathode, un électrolyte et un séparateur. Ces composants fonctionnent ensemble de manière transparente pour stocker et libérer de l’énergie selon les besoins.
Anode et cathode
Au cœur d'une cellule lithium-ion se trouvent les deux électrodes – l'anode et la cathode. Ceux-ci jouent un rôle crucial dans les capacités de stockage et de libération d’énergie de la batterie.
L'électrode négative, appelée anode, est généralement en graphite. Pendant le processus de charge, les ions lithium migrent de la cathode à travers le séparateur et sont stockés dans l'anode. Lorsque la batterie est utilisée et se décharge, les ions lithium retournent de l'anode vers la cathode.
D’un autre côté, l’électrode positive, ou cathode, est souvent composée d’oxydes métalliques à base de lithium. Les matériaux cathodiques courants comprennent l'oxyde de lithium-cobalt (LCO), le phosphate de fer et de lithium (LFP) et l'oxyde de lithium et de manganèse (LMO). Chacune de ces chimies offre ses propres avantages uniques en termes de densité énergétique, de sécurité et de durée de vie.
Par exemple, les cellules à base de LCO ont tendance à avoir des densités d’énergie plus élevées, ce qui en fait un choix populaire pour les smartphones et les ordinateurs portables. Les cellules LFP, quant à elles, sont connues pour leur sécurité supérieure et leur longue durée de vie, ce qui en fait une option privilégiée pour les véhicules électriques. Les cellules LMO établissent un équilibre entre densité énergétique et rentabilité.
Électrolyte
L'électrolyte facilite le flux d'ions lithium entre l'anode et la cathode pendant la charge et la décharge.
Le électrolyte le plus courant utilisé dans une cellule lithium-ion est un sel de lithium, généralement de l'hexafluorophosphate de lithium (LiPF6), dissous dans un solvant organique. Ce sel de lithium fournit le milieu nécessaire pour que les ions lithium se déplacent librement entre les deux électrodes.
Lors de la charge, les ions lithium sont extraits de la cathode et migrent à travers l'électrolyte pour être stockés dans l'anode. Lorsque la batterie est utilisée et se décharge, le processus est inversé, les ions lithium revenant de l'anode vers la cathode, générant le courant électrique nécessaire.
Séparateur
Le séparateur se situe entre l'anode et la cathode. Ce matériau mince laisse passer les ions lithium mais arrête la conduction électrique, forçant les électrons à circuler à travers l’appareil.
Le séparateur joue également un rôle de sécurité – s'il surchauffe, ses pores se ferment, arrêter le transport des ions lithium et arrêter la cellule de la batterie pour éviter tout dommage ou incendie.
Conclusion
Une batterie lithium-ion semble simple de l’extérieur, mais en approfondissant, vous découvrirez de nombreux composants différents.
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