Différences entre les piles au polymère et les piles au lithium : Quelle est la meilleure solution ?
Aperçu des piles au lithium polymère
Les batteries lithium-ion sont classées en batteries lithium-ion liquides et batteries lithium-ion polymères (ou batteries lithium-ion plastiques) en fonction du matériau d'électrolyte utilisé. Les deux types utilisent les mêmes matériaux pour les électrodes positives et négatives : les électrodes positives comprennent l'oxyde de cobalt lithié, l'oxyde de manganèse lithié, les matériaux ternaires ou le phosphate de fer lithié, tandis que l'électrode négative est généralement en graphite. Les principes de fonctionnement sont fondamentalement les mêmes. La principale différence réside dans l'électrolyte : les batteries lithium-ion liquides utilisent un électrolyte liquide, tandis que les batteries lithium-ion polymères utilisent un électrolyte polymère solide, qui peut être "sec" ou "gélifié". Actuellement, la plupart des batteries lithium-ion polymère utilisent un électrolyte polymère gélifié.
Classification
- Batterie lithium-ion à électrolyte polymère solide: L'électrolyte est un mélange de polymère et de sel, offrant une conductivité ionique élevée à température ambiante, ce qui le rend adapté à une utilisation en milieu ambiant.
- Batterie lithium-ion à électrolyte polymère gélifié: Des additifs tels que des plastifiants sont incorporés dans l'électrolyte polymère solide pour améliorer la conductivité ionique, ce qui permet de l'utiliser à température ambiante.
Par rapport aux batteries lithium-ion liquides, les batteries lithium-ion polymères, qui utilisent un électrolyte solide, offrent des avantages tels que des profils plus fins, des formes personnalisables et des tailles variables. Elles peuvent être enveloppées dans des films composites aluminium-plastique, ce qui améliore la capacité spécifique. En outre, les batteries lithium-ion polymères peuvent utiliser des polymères comme matériaux d'électrode positive, ce qui permet d'augmenter l'énergie spécifique de plus de 20% par rapport aux batteries lithium-ion liquides actuelles. Ces batteries se caractérisent par leur miniaturisation, leur finesse et leur légèreté, ce qui explique leur part de marché croissante.
Caractéristiques
Les batteries lithium-ion polymères présentent les caractéristiques suivantes :
- Mise en forme flexible
- Énergie spécifique plus élevée (3x celle des piles Ni-MH)
- Large fenêtre de stabilité électrochimique (jusqu'à 5V)
- Sécurité et fiabilité excellentes
- Durée de vie plus longue avec une perte de capacité minimale
- Efficacité élevée en termes de volume
Principe de la batterie au lithium polymère
Les batteries lithium-ion sont divisées en batteries lithium-ion liquides (LIB) et batteries lithium-ion polymères (PLB). Les batteries lithium-ion liquides utilisent des composés d'intercalation Li+ comme électrodes positives et négatives. L'électrode positive utilise généralement des composés de lithium tels que LiCoO2, LiNiO2 ou LiMn2O4, tandis que l'électrode négative utilise des composés d'intercalation lithium-carbone (LixC6). Un système de batterie typique est le suivant : (-) C | LiPF6-EC+DEC | LiCoO2 (+)
Réaction de l'électrode positive (réduction): Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- = LiCoO2 (2.1) Réaction de l'électrode négative (oxydation): LixC6 - xe- = 6C + xLi+ (2.2) Réaction globale de la batterie: Li1-xCoO2 + LixC6 = LiCoO2 + 6C (2.3)
Le principe des batteries lithium-ion polymère est identique à celui des batteries lithium-ion liquide, la principale différence étant l'électrolyte. Une batterie lithium-ion polymère utilise un électrolyte polymère solide ou gélifié ou un électrolyte organique. Les électrolytes liquides ou gélifiés des batteries lithium-ion traditionnelles nécessitent un emballage secondaire robuste pour contenir les composants actifs inflammables, ce qui augmente le poids et limite la flexibilité de la taille.
Les batteries lithium-ion polymères de la prochaine génération peuvent être ultra-minces (aussi fines que 0,5 mm, soit l'épaisseur d'une carte), avec des formes et des tailles personnalisables, ce qui améliore considérablement la flexibilité de la conception. Cela permet aux fabricants d'adapter les batteries aux exigences spécifiques des produits et d'en optimiser les performances. Les batteries lithium-ion polymère offrent également une amélioration de 20% de la densité énergétique par rapport aux batteries lithium-ion standard, ainsi qu'une amélioration de la capacité et des performances environnementales.
Différences entre les piles au polymère et les piles au lithium : Quelle est la meilleure solution ?
Les piles au polymère sont généralement supérieures, car les piles au lithium traditionnelles sont presque obsolètes. Les piles au lithium utilisent du lithium métallique comme électrode négative, les premières étant des piles au lithium et au dioxyde de manganèse, fonctionnant selon une réaction d'oxydoréduction : Li + MnO2 = LiMnO2. Les piles au lithium métal ont généralement une tension d'environ 3,0 à 3,6 V, en fonction du matériau de l'électrode positive. Aujourd'hui, les batteries au lithium métal sont principalement utilisées dans les piles boutons, car elles ont été largement remplacées par des batteries lithium-ion polymère ou lithium-ion liquide. Le lithium est un métal très réactif, encore plus que le sodium, qui perd facilement des électrons et subit une oxydation. Dans l'air, le lithium réagit presque instantanément et, historiquement, les piles au lithium étaient utilisées pour déclencher des incendies dans la nature en les brisant, car le lithium réagit avec l'air en dégageant une chaleur importante, ce qui met en évidence leur danger inhérent.
Contrairement aux batteries au lithium, les batteries lithium-ion ne contiennent pas de lithium métallique. Leur fonctionnement repose sur les ions lithium qui se déplacent entre les électrodes positive et négative. Pendant la charge, les ions Li+ se désintercalent de l'électrode positive et s'intègrent dans l'électrode négative, qui devient riche en lithium ; pendant la décharge, le processus s'inverse. Les batteries polymères sont un type de batterie lithium-ion, partageant le même principe mais utilisant un électrolyte polymère solide ou gélifié au lieu d'un électrolyte liquide. Cela les rend plus sûres et permet des conceptions plus petites et plus flexibles.
Quelle est la meilleure solution ?
Les batteries lithium-ion polymères sont supérieures en raison de leur sécurité, de leur flexibilité, de leur densité énergétique plus élevée et de leur durée de vie plus longue. Leurs électrolytes solides ou en gel éliminent les risques associés aux électrolytes liquides, tels que les fuites ou l'inflammabilité, et permettent des formes plus fines et personnalisables. Alors que les batteries au lithium métal sont désormais limitées à des applications de niche comme les piles boutons en raison de leur réactivité et des problèmes de sécurité, les batteries lithium-ion polymères sont le choix privilégié pour les applications modernes, car elles offrent de meilleures performances et une plus grande souplesse de conception.
