Les batteries Lithium-Ion ou Li-Ion sont un type de batterie rechargeable utilisée dans de nombreuses applications, mais le plus souvent dans l’industrie électronique. Les batteries Li-Ion fournissent de l’électricité portable, alimentant des gadgets électroniques tels que des téléphones portables, des ordinateurs portables et des tablettes. Les batteries Li-Ion sont également utilisées pour alimenter en énergie les équipements médicaux, les véhicules électriques et les outils électriques.

Le lithium est la principale source de batteries Li-Ion car il est plus stable et plus sûr dans la charge et la décharge d’énergie par rapport à d’autres minéraux.

En dehors de l’industrie électronique, le lithium est un minéral de base dans l’exploitation minière, la fabrication, le stockage d’énergie et bien d’autres. En raison de ses nombreuses utilisations industrielles, l’importance des batteries Lithium-Ion ne peut être surestimée: c’est, tout à fait possible, l’un des développements les plus cruciaux du monde moderne, sans lequel le 21ème siècle n’aurait pas été possible.

Lithium-Ion: Une brève histoire

La batterie Lithium-Ion a ses débuts dans les années 1970, lorsque le chimiste britannique M. Stanley Whittingham a proposé de créer un dispositif de stockage d’énergie utilisant des cellules au lithium. Les premières batteries au lithium utilisaient des métaux au lithium et au sulfure de titane (IV) qui, bien qu’opérationnels, étaient peu pratiques en raison des coûts de production élevés du suflide de titane (IV) (les métaux au sulfure de titane coûtent environ 1 000 back dans les années 70), sans parler de ses sous-produits toxiques lorsqu’ils sont exposés à des composés de sulfure d’hydrogène.

Pendant la majeure partie des années 70 et 80, divers scientifiques et ingénieurs ont été les pionniers et perfectionnés de la batterie au lithium. En 1979, les scientifiques John Goodenough, Ned A. Godshall et.al ., et Koichi Mizushima, dans des tentatives séparées, a créé et perfectionné le dioxyde de cobalt au lithium, ou LiCoO2. Cette batterie a ouvert la voie à de nouvelles batteries rechargeables qui sont devenues la base du développement de la batterie Lithium-Ion en 1985, lorsque Akira Yoshino a assemblé un prototype de batterie qui utilisait à la fois des ions lithium et du dioxyde de cobalt au lithium comme électrodes de la batterie.

En 1991, les sociétés japonaises Asahi Kasei et Sony ont commencé à produire en série la batterie lithium-ion et à l’appliquer à bon nombre de leurs produits électroniques, avec de plus en plus de scientifiques et d’ingénieurs perfectionnant la technologie tout au long des années 90 et jusqu’à aujourd’hui. En 2019, les scientifiques Stanley Whittingham, Akira Yoshino et John Goodenough ont reçu le prix Nobel de chimie, en particulier pour leurs travaux dans le développement de batteries Li-Ion.

Composition des batteries Li-Ion

Les batteries Li-Ion sont de différents types, mais elles sont généralement constituées des composants suivants:

• Cathode ou électrode positive: Source d’ions lithium qui détermine la capacité et la tension des batteries
• Anode ou électrode négative: Section qui stocke et libère des ions à travers une unité externe
• Électrolyte: Milieu qui transporte les ions entre la cathode et l’anode
• Séparateur: Barrière qui empêche la cathode et l’anode d’entrer en contact l’une avec l’autre

Ces composants majeurs doivent être présents dans une batterie Li-Ion pour fonctionner correctement.

Blocs d’alimentation portables

Comme mentionné ci-dessus, les batteries li-ion rechargeables fournissent de l’électricité portable qui alimente les gadgets électroniques. Les batteries Li-ion sont légères et peuvent être plus petites que les autres types de batteries, ce qui les rend pratiques à transporter.

Alimentation sans interruption (UPS)

Les batteries Li-ion fournissent une alimentation de secours en cas de perte ou de fluctuation de puissance. Les équipements de bureau tels que les ordinateurs, ainsi que les serveurs informatiques, doivent continuer à fonctionner en cas d’interruption de courant pour éviter la perte de données. Une alimentation de secours est également nécessaire dans l’industrie médicale ou des soins de santé pour garantir une alimentation électrique cohérente des équipements médicaux vitaux.

Véhicules électriques

L’industrie automobile demande des batteries li-ion pour alimenter les véhicules électriques, hybrides ou hybrides rechargeables. Comme la batterie li-ion peut stocker de grandes quantités d’énergie et peut être rechargée plusieurs fois, elle offre une meilleure capacité de charge et une durée de vie plus longue.

Véhicules maritimes

Les batteries Li-ion continuent d’émerger comme alternative aux batteries à essence et au plomb pour alimenter les bateaux de travail ou les remorqueurs et les bateaux de loisirs comme les bateaux rapides et les yachts. Les batteries Li-ion fournissent une source d’énergie silencieuse et efficace et peuvent également être utilisées pour fournir de l’électricité aux appareils à l’intérieur du bateau ou du yacht lorsqu’il est à quai.

Mobilité personnelle

Les batteries lithium-ion sont utilisées dans les fauteuils roulants, les vélos, les scooters et autres aides à la mobilité pour les personnes handicapées ou à mobilité réduite. Contrairement aux batteries au cadmium et au plomb, les batteries au lithium-ion ne contiennent aucun produit chimique susceptible de nuire davantage à la santé d’une personne.

Stockage d’énergie solaire

Les batteries Li-ion sont également utilisées pour stocker l’énergie solaire dans des panneaux solaires car elles peuvent être chargées rapidement. Ils sont plus légers, plus compacts et peuvent contenir des quantités d’énergie plus élevées que les batteries au plomb.

Les applications ci-dessus ne sont que quelques-unes des nombreuses utilisations des batteries lithium-ion. Les batteries lithium-ion étant compactes, portables et dotées d’une charge rapide et d’une grande capacité de stockage, la demande de batteries lithium-ion reste ou pourrait même augmenter à l’avenir.

Risques pour la sécurité et l’environnement de la batterie Li-Ion

Malgré son utilisation généralisée et son stockage économe en énergie, la batterie Li-Ion n’est pas parfaite; elle peut représenter un danger pour la sécurité si elle est produite, utilisée et stockée de manière incorrecte. Parce que la batterie contient des électrolytes inflammables, les batteries Li-Ion ont tendance à se mettre sous pression au point d’exploser si elles subissent des dommages structurels. Lorsqu’elles sont chargées trop rapidement, les batteries Li-Ion peuvent également courir le risque de court-circuit et de provoquer une explosion.

Pour cette raison, et en raison de son utilisation généralisée dans la plupart des produits commerciaux, les normes de sécurité et les tests de sécurité des batteries Li-Ion sont beaucoup plus stricts que les autres types de batteries. Les électrolytes inflammables présents dans les batteries Li-Ion signifient qu’une production incorrecte peut entraîner des résultats souvent désastreux.

Les batteries Li-Ion sont également susceptibles d’être endommagées lorsqu’elles sont chargées au-delà de leurs limites de tension. Normalement, une batterie Li-Ion a une plage de tension comprise entre 2,5 et 3,65 volts (ou jusqu’à 4,35 V selon la composition de la cellule). Le dépassement de cette tension dû à une charge incorrecte peut entraîner un vieillissement prématuré des cellules de la batterie, ce qui, au mieux, signifie que la batterie stocke moins efficacement l’énergie, ou au pire, provoque l’explosion des composants réactifs dans les cellules.

Lorsqu’elles sont stockées trop longtemps, les batteries Li-Ion peuvent également se dégrader prématurément, ce qui signifie qu’elles ne pourront pas atteindre leur plage de tension normale lorsqu’elles seront finalement utilisées. Cela présente un risque car il risque d’être surchargé malgré le fait que l’utilisateur suive les instructions de chargement de l’emballage.

Bien que les batteries Li-Ion utilisent des métaux « moins toxiques » tels que le fer, le nickel, le cuivre et le cobalt (et soient classées comme telles), leur production et leur méthode d’élimination peuvent toujours présenter un danger important pour l’environnement.

Alors que les composants métalliques des batteries Li-Ion sont recyclables, et sont même sûrs à la fois pour l’incinération et dans les décharges, leur réutilisation pour réutilisation et reproduction dans d’autres produits est un processus long et coûteux, qui, à son tour, conduit les fabricants à renoncer au recyclage et à se contenter d’extraire de nouveaux composants.

Jusqu’à ce que de vastes améliorations soient apportées à la production de batteries Li-Ion, elles constitueront toujours une menace pour l’environnement: il faut 67 mégajoules d’énergie pour créer un seul kilogramme de Li-Ion.

L’avenir de la batterie Li-Ion

Bien qu’elle ait maintenant plus de 50 ans, la batterie Li-Ion ne cesse de s’améliorer: les scientifiques repoussent continuellement les limites et les limites de la technologie Li-Ion actuelle en expérimentant de nouvelles façons de combiner électrolytes, anodes et cathodes pour créer une batterie qui est plus économe en énergie, plus rentable et beaucoup plus sûr que sa forme actuelle.

De l’utilisation de matériaux relativement moins chers (mais plus sûrs) comme les oxydes de silicium et de Vanadium à la création de « nanostructures » dans les cellules pour créer plus de surface, les scientifiques réfléchissent à de nouvelles façons d’améliorer la capacité énergétique et les mesures de sécurité des batteries Li-Ion actuelles.