Composition

On a d’abord utilisé du métal lithium comme électrode négative dans les batteries. Puis il s’est avéré que les nombreux cyclages altérait ce composant, ce qui était dangereux. Bien que les ions lithium soient moins compétents que le métal lithium, on préfère désormais construire des batteries lithium ion (dont le fonctionnement est basé sur un échange d'ions lithium entre les électrodes).

L’électrode négative, d’abord construite en coke a été remplacée par du graphite (qui a une tension moins élevée à la décharge).

L’électrode positive est réalisée en cobalt ou en manganèse (également appelé spinelle). Ce dernier est moins dangereux et moins couteux, mais il génère moins d’énergie, perd en capacité a trop haute température et vieilli plus rapidement.

Le lithium est très réactif à l’eau. On utilise donc des solutions non aqueuses ou aprotique (qui ne peuvent contenir ou donner des électrons) comme électrolyte. Le plus souvent, ce sont des sels de lithium (LiPF6, LiBF4 ou LiClO4) dissouts dans du carbonate de diméthyle, d’éthylène ou de diéthyle (des solvants organiques). Cet électrolyte liquide conduit les ions lithium, agissant comme support entre l’anode et la cathode et les ions lithium s’insèrent progressivement dans les espaces vides du solide.

Pour éviter les courts circuits (accumulation d'ions dans l'électrolyte), on place un séparateur micro-poreux (propriété qui permet aux ions lithium de passer à travers cette couche) dans l'électrolyte.

La composition d'une batterie lithium-ion

La Batterie au lithium est la source d’énergie des véhicules électriques modernes. Tout un chacun a entendu parler des Batteries au lithium, mais qu'est-ce qui les rend si particulières?                Tout d'abord, chaque batterie est composée de beaucoup de batteries plus petites appelées des cellules. Examinons-en une  de plus près pour voir comment elle fonctionne. Le courant électrique atteint la cellule via des surfaces conductrices : dans notre cas, il s’agit d’aluminium d’un côté et de cuivre de l'autre. Comme avec une autre batterie, la batterie au Lithium possède une électrode positive et une électrode négative appelées respectivement la Cathode et l'Anode. La cathode ou électrode positive est constituée d'un oxyde métallique très pur : plus cet oxyde est pur, meilleures seront la performance et l'autonomie de la batterie. Comme on pourrait s’y attendre,  l'Anode ou électrode négative est placée à l’opposé de la Cathode. Elle est constituée de carbone graphite,  une forme de carbone à  structure feuilletée. L’espace entre la cathode et l’anode est remplie avec un électrolyte, qui est une substance permettant aux ions Lithium portant la charge de la batterie de passer librement de la cathode à l’anode. Cet électrolyte doit être extrêmement pur et autant que possible sans eau, de façon à permettre une charge et décharge optimales de la batterie. Pour empêcher un court-circuit, on place une membrane entre les deux électrodes, appelée le séparateur. Ce séparateur est perméable aux  minuscules ions Lithium. Les experts appellent cette propriété la microporosité. Examinons le fonctionnement d’une batterie qui se charge. Les ions Lithium portant une charge positive passent de la cathode, via le séparateur, jusqu’à la structure de graphite feuilletée de l'anode, où ils sont stockés. A ce stade, la batterie est chargée. Pendant la  décharge, c’est-à-dire lorsque de l'énergie est prélevée à la cellule (c’est-à-dire fournie par la batterie au milieu extérieur ), les ions Lithium passent de l'Anode, via le séparateur, jusqu’à la Cathode. Le moteur convertit l'énergie électrique fournie par la batterie en énergie mécanique, permettant de faire avancer le véhicule. La quantité d'énergie disponible et l’autonomie de la batterie sont étroitement liées à la qualité des matériaux utilisés.

En résumé, la qualité et la pureté des matériaux utilisés  en association avec une composition chimique optimale donneront à la batterie au lithium la meilleure autonomie et la meilleure performance possibles.



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