Pile au lithium

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Pile au lithium (Li-MnO2) 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[1]. 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 utilisé est le couple lithium-manganèse (Li-MnO2), utilisé dans les piles boutons et photos largement disponibles pour le grand public, le couple lithium-chlorure de thionyle (Li-SOCl2) étant réservé aux usages professionnels. 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-disulfure de fer (Li-FeS2). 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[modifier | modifier le code]

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

Principe[modifier | modifier le code]

Pour les piles basées sur le couple lithium-chlorure de thionyle :

à l'anode, le lithium (Li) s'oxyde en ions lithium (Li+) selon l'équation Li = Li^+ + e-

à la cathode, c'est une réduction faisant intervenir le chlorure de thionyle (SOCl2) qui se produit, selon 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 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[modifier | modifier le code]

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. Cependant la pile au lithium a une bonne résistance au températures extrêmes : « 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[2]. »

Applications[modifier | modifier le code]

Industrie[modifier | modifier le code]

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[modifier | modifier le code]

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[modifier | modifier le code]

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, en avion notamment, restrictions devenues plus sévères depuis janvier 2009. En fonction de la quantité de lithium primaire contenue, les piles devront être placées en bagage cabine, isolées pour éviter tout court-circuit ou seront interdites. En effet, la FAA (Federal Aviation Administration), affirme que si une batterie au lithium prend feu alors qu'elle est dans la soute, les systèmes d'extinction actuels sont incapables de stopper les flammes[3].

Notes et références[modifier | modifier le code]