Classification des piles au lithium-polymère
Les piles au lithium-polymère peuvent être divisées en trois catégories distinctes :
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Batteries lithium-ion à électrolyte polymère solide: Ces piles utilisent un mélange de polymère et de sel comme électrolyte. Avec une faible conductivité ionique à température ambiante, elles sont mieux adaptées aux environnements à haute température.
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Batteries lithium-ion à électrolyte polymère gélifié: En incorporant des plastifiants et des additifs dans l'électrolyte polymère solide, ces batteries améliorent la conductivité ionique, ce qui les rend viables pour une utilisation à température ambiante.
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Piles au lithium-ion avec matériaux cathodiques polymères: Dotées de polymères conducteurs comme matériaux de cathode, ces batteries offrent une énergie spécifique trois fois supérieure à celle des batteries lithium-ion traditionnelles, ce qui les positionne comme la dernière génération de cette technologie.
Par rapport aux batteries lithium-ion liquides, les batteries lithium-ion polymères bénéficient d'électrolytes solides, ce qui permet d'obtenir des profils plus fins, des zones personnalisables et des formes flexibles. Elles atténuent également les risques de sécurité tels que les fuites, la combustion et les explosions. L'utilisation de films composites aluminium-plastique pour les boîtiers augmente la capacité spécifique, tandis que l'emploi de polymères comme matériaux de cathode peut augmenter l'énergie spécifique à la masse de plus de 50%. En outre, ces batteries présentent une tension de fonctionnement et une durée de vie de cycle de charge-décharge améliorées, ce qui leur vaut d'être considérées comme la prochaine génération de batteries lithium-ion.
Principe de Piles au lithium polymère
Les batteries lithium-ion sont classées en deux catégories : les batteries lithium-ion liquides (LIB) et les batteries lithium-ion polymères (PLIB). Les batteries lithium-ion liquides sont des batteries secondaires dans lesquelles des composés d'intercalation Li+ servent d'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 un composé d'intercalation lithium-carbone (LixC6). Un système typique est représenté comme suit :
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(-) C | LiPF6-EC+DEC | LiCoO2 (+)
Les réactions électrochimiques sont les suivantes :
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Réaction de l'électrode positive : LiCoO2 = Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- (2.1)
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Réaction à l'électrode négative : 6C + xLi+ + xe- = LixC6 (2.2)
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Réaction globale de la batterie : LiCoO2 + 6C = Li1-xCoO2 + LixC6 (2.3)
Le principe des batteries lithium-ion polymères reflète celui des batteries lithium liquide, la différence essentielle résidant dans l'électrolyte. Les composants principaux de la batterie - l'électrode positive, l'électrode négative et l'électrolyte - comprennent au moins un ou plusieurs éléments fabriqués à partir de matériaux polymères. Actuellement, les matériaux polymères sont principalement utilisés dans l'électrode positive et l'électrolyte. L'électrode positive peut être constituée de polymères conducteurs ou de composés inorganiques typiques des batteries lithium-ion, tandis que l'électrolyte peut être un électrolyte polymère solide ou colloïdal ou un électrolyte organique. Contrairement à la technologie lithium-ion traditionnelle, qui repose sur des électrolytes liquides ou colloïdaux nécessitant un emballage secondaire robuste pour contenir les composants inflammables (ce qui ajoute du poids et limite la flexibilité), la technologie lithium-ion polymère élimine l'excès d'électrolyte. Cela améliore la stabilité et réduit les risques de surcharge, de collision, d'endommagement ou de surutilisation.
Applications des piles au lithium-polymère
Grâce à leur densité énergétique plus élevée, les batteries lithium-polymère offrent des durées d'alimentation prolongées. Sur le marché des communications mobiles, les ordinateurs portables et les smartphones sont les principaux consommateurs, ce qui favorise les progrès en matière de technologie et de production de batteries. Les fournisseurs de téléphones portables se concentrent sur le développement de batteries lithium-ion de haute technologie, en particulier les modèles prismatiques et cylindriques. L'adoption d'électrolytes gélifiés favorise la tendance à l'amincissement des batteries, ce qui permet de répondre aux besoins d'applications ultrafines telles que les cartes à puce, tandis que l'amélioration des circuits de protection des batteries lithium-ion renforce la sécurité. Principalement utilisées dans les appareils mobiles, les batteries lithium-polymère remplacent de plus en plus les batteries nickel-cadmium en raison de leurs nombreux avantages.
Développement des piles au lithium-polymère
La nouvelle génération de batteries lithium-ion polymères offre une souplesse de conception remarquable, avec des épaisseurs aussi faibles que 0,5 mm (par exemple, les batteries ATL, équivalentes à l'épaisseur d'une carte), ainsi que des tailles et des formes personnalisables. Cette adaptabilité permet aux fabricants de créer des piles adaptées à des formes et des capacités spécifiques, optimisant ainsi les performances des produits pour les développeurs. L'énergie unitaire de ces batteries est supérieure de 50% à celle des batteries lithium-ion actuelles, avec des améliorations significatives en termes de capacité, de caractéristiques de charge et de décharge, de sécurité, de plage de température de fonctionnement, de durée de vie (supérieure à 500 cycles) et de performances environnementales.
