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RÉSUMÉ
Cet article est consacré au système lithium-ion : intérêts, caractéristiques, points faibles et perspectives. Cette technologie permet des densités d’énergie élevées, d’où sa présence sur la marché des batteries portables, mais également des densités de puissance élevées, ce qui devrait lui assurer un rôle prépondérant dans le véhicule hybride et à terme un avenir florissant au sein de tous les générateurs électrochimiques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jack ROBERT : Professeur émérite à l’université Paris Sud XI
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Jean ALZIEU : Ingénieur-chercheur à Électricité de France
INTRODUCTION
Lensemble des considérations développées au paragraphe 1 ci-dessous désigne a priori le lithium comme l’un des tous premiers matériaux d’électrode. Cet élément présente un caractère réducteur particulièrement prononcé. Son potentiel, l’un des plus bas de ceux de tous les éléments (cf. tableau 1 du chapitre [D 3 351] « Considérations théoriques ») et plus généralement de ceux des matériaux d’anode connus, est égal à – 3,045 V/ENH. En associant le lithium à un oxydant, on peut disposer d’une énergie et d’une fem, supérieures à celles crées par la plupart des couples électrochimiques. En outre, la masse volumique du lithium (0,534 g/cm3) est faible et, par voie de conséquence, sa capacité spécifique (3 860 Ah/kg) plus élevée que celle des matériaux d’anode en usage (par exemple : Cd, 477 Ah/kg). Dans les dossiers consacrés aux piles électriques du présent traité, l’auteur cite le couple lithium-fluor. Si l’on pouvait réaliser un générateur à l’aide de ces deux éléments, ce qui n’est pas le cas, celui-ci aurait une tension de l’ordre de 5,91 V et une énergie massique théorique de 6 106 Wh/kg. L’énergie massique pratique pourrait atteindre 1 500 à 2 000 Wh/kg. À titre de comparaison, pour un rendement de Carnot de 0,25, l’énergie massique pratique de l’essence est de 3 000 Wh/kg.
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Accumulateurs à anode de lithium métallique et électrolyte liquide
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4. Électrolytes
4.1 Introduction
Le choix de l’électrolyte d’un accumulateur au lithium n’est pas un problème simple et demeure, à l’heure actuelle, l’objet de travaux de recherche conséquents. Ce composé doit en premier lieu présenter les caractéristiques générales suivantes :
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être compatible avec les divers composants de la cellule ;
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être stable thermiquement et électrochimiquement (entre 0 et 5 V) ;
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présenter une conductivité ionique suffisante (> 10–3 S/cm sur une large gamme de températures de part et d’autre de la température ambiante, typiquement de – 20 à +60 ˚C) ;
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enfin, ainsi qu’il apparaîtra dans les lignes qui suivent, conduire, lors de sa réaction avec l’anode, à la formation d’une couche de passivation permettant une bonne réversibilité.
On distingue deux classes d’électrolytes, les solutions de sels de lithium dans des solvants organiques et plus précisément des mélanges de tels solvants et les électrolytes dits « polymères ». Ce second groupe est obtenu par incorporation de sels de lithium dans des matrices polymères, suivie de l’élaboration par voie thermique de films minces. Ces derniers peuvent être également utilisés comme séparateurs. Ces deux classes d’électrolytes sont l’objet de paragraphes distincts. La liste des solvants potentiels est riche. Elle se compose de solvants aprotiques, polaires, organiques et inorganiques ainsi que de sels fondus, liquides à température ambiante. Les solvants aprotiques, polaires, organiques sont les plus utilisés. Il s’agit d’éthers, de carbonates d’alkyles et d’esters. Le tableau 3 cite les plus couramment mis en œuvre dans les accumulateurs au lithium ([4], page 531).
HAUT DE PAGE4.2 Électrolytes à base de solvants organiques et de sels de lithium
4.2.1 Cas de l’accumulateur à anode de lithium
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Les premiers travaux sur l’accumulateur...
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