Pile au lithium

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Pile au lithium (li-Mn02) CR2032 (3 V)

Piles au lithium à différents formats standards

Les piles au lithium sont des piles dont l'anode est en lithium ou en composé de lithium. En fonction de leur conception et des matériaux utilisés, leur tension délivrée varie de 1,5 à 3,6 V, soit plus du double de celle délivrée par les piles salines et alcalines. Elles sont utilisées dans les appareils électroniques, les appareils photos portables de consommation courante et très répandues dans l'industrie.

Le couple le plus couramment utilisés est le couple lithium-manganèse (Li-MnO₂) utilisé dans les piles boutons et photos largement disponible pour le grand public, le couple lithium-chlorure de thionyl (Li-SOCl₂) étant réservé aux usages professionnel. À part les piles boutons et photos (format spécifique), on trouve également, dans la distribution pour le grand public, les formats classiques (A, AA) avec une technologie lithium-disulfide de fer. Les piles au lithium de ce type ont une durée de vie beaucoup plus importante que les piles alcalines dans certains types d'appareils à forte consommation comme les flashs, les appareils photos numériques du fait de leur construction spiralée.

Description

Le terme « pile au lithium » désigne en fait une famille de différents systèmes chimiques, comprenant notamment de nombreux types d'anode et d'électrolytes.

Principe

Pour les piles basées sur le couple Lithium-Chlorure de thionyl :

À l'anode, le lithium (Li) s'oxyde en ions lithium (Li⁺) : $Li = Li^+ + e-$

À la cathode, c'est une réduction faisant intervenir le chlorure de thionyle (SOCl₂) qui se produit : $2 SOCl_2 + 4e- = 4 Cl^- + SO_2 + S$

Les électrons libérés d'un côté et consommés de l'autre circulent pour donner un courant électrique.

Soit une équation globale : $2 SOCl_2 + 4 Li \Rightarrow 4 Li^+ + 4Cl^- + SO_2 + S$

La pile s'arrête de fonctionner dès que le lithium, ou que le réactif de cathode (ici le chlorure de thionyle) est entièrement consommé.

Comme toutes les piles, les piles au lithium ne sont pas rechargeables, seuls les accumulateurs électriques le sont.

Pile CR2016 (lithium Manganèse) démontée. De gauche à droite :
Côté anode (à l'envers), recouvert de lithium.
Séparateur, fine couche de matériau poreux imbibé d'électrolyte : du sel de lithium dans un solvant organique.
Plaquette de dioxyde de manganèse (MnO₂).
Côté cathode, avec collecteur de courant (en carbone) sur son dessous et un joint sur le bord interne, endommagé par l'ouverture.

Avantages et inconvénients

Ces piles sont bien adaptées aux applications nécessitant un courant plutôt faible où une longue durée de vie est indispensable, tels que les systèmes d'alarme sans fil par exemple.

L’inconvénient majeur est la fluctuation de la tension de la pile suivant la température de fonctionnement.

En hiver, il y a beaucoup plus de défauts liés aux piles que pendant les fortes chaleurs^{[réf. souhaitée]}. Il est donc prudent de remplacer les piles dès qu'elles donnent le moindre signe de faiblesse, même si à certains moments elles semblent encore fonctionnelles (point contredit par cet article qui dit : « La pile lithium - Les points forts : des températures de fonctionnement allant de -40°C à +60°C. Cet argument n’est pas négligeable par grand froid d’autant que les piles alcalines commencent à déclarer forfait aux alentours des -10°C. »)

Applications

Industrie

Les piles au chlorure de lithium-thionyle ont une densité énergétique importante. Dans celles-ci, un mélange liquide de chlorure de thionyle et de tétrachloroaluminate de lithium jouent respectivement les rôles de la cathode et de l'électrolyte. Un matériel poreux en carbone sert d'électrode positive (la cathode) et reçoit les électrons du circuit extérieur. Cependant, les piles au chlorure de lithium-thionyle ne sont généralement pas vendues aux consommateurs, par contre elles sont utilisées dans les milieux commerciaux et industriels, ou installées dans des appareils pour lesquels le changement de piles n'est pas effectué par le consommateur lui-même.

Domestique

Le type de cellule de piles au lithium le plus couramment utilisé pour la vente aux particuliers utilise du lithium métallique comme anode et, du dioxyde de manganèse comme cathode, avec un sel de lithium dissous dans un solvant organique.

Sécurité et législation

Ces piles suivent souvent la norme UL1642 qui décrit les essais à passer (chaud, chocs, charge, décharge sur court circuit, etc.).

Ces piles sont soumises à des restrictions quant au transport, restrictions devenues plus sévères depuis janvier 2009. Des catégories basées sur la quantité de lithium primaire contenue interdisent le transport par certains moyens (avions par exemple) ou exigent des marquages spécifiques.