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 primaires dont l'anode est en lithium ou en composé de lithium[1].

Elles ne sont pas rechargeables, contrairement aux accumulateurs ion-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 un certain nombre d'appareils électroniques et répandues dans l'industrie. Elles sont de plus en plus remplacées par les accumulateurs ion-lithium.

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 (AA, AAA) avec une technologie lithium-disulfure de fer (Li-FeS2). Les piles au lithium de ce type ont une durée de vie plus longue que les piles alcalines dans certains cas (les flashes, les appareils photos numériques), mais leur durée de vie est beaucoup moins longue que celle des accumulateurs Ion lithium (ou NiMH) qui sont réutilisables plusieurs centaines de fois.

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.

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]

L'inconvénient majeur de toutes les piles primaires au lithium est qu'elles ne fournissent qu'un seul cycle de décharge. Elles sont donc à éviter, comme toutes les autres piles primaires, suivant les recommandations de l'ADEME (document "Les produits et déchets dangereux", septembre 2014, diffusé sur www.ademe.fr). De plus, leur capacité est faible (225 mAH pour le modèle CR2032), et elles sont relativement chères.

Ces piles sont 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.

La pile au lithium a une bonne résistance aux 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 matériau poreux en carbone sert d'électrode positive (la cathode) et reçoit les électrons du circuit extérieur. 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]

Les piles bouton présentent des dangers particuliers notamment pour les enfants et les animaux domestiques, en raison de leur petite taille, et de la présence éventuelle de mercure. Leur ingestion peut être cause d'intoxication voire mortelle.

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]

  1. [PDF] pile au lithium - page 28, sur le site uclouvain.be
  2. La pile lithium, l’énergie absolue du trekkeur !, sur le site skirandonnenordique.com
  3. Les batteries lithium interdites à bord des avions, sur le site casafree.com

Articles connexes[modifier | modifier le code]