Les batteries lithium-ion ont valu à leurs inventeurs le prix Nobel de chimie. Cela suffit à expliquer l'importance de cette technologie pour le monde dans lequel nous vivons.

S'il n'y avait pas de batteries lithium-ion, la voiture électrique n'existerait pas. Mais il n'y aurait pas non plus d'ordinateurs portables, de téléphones mobiles et de tous les appareils électroniques qui ont besoin d'une source d'énergie sans fil. Du moins, ils n'existeraient pas tels que nous les connaissons aujourd'hui.

Comment sont-elles fabriquées ?

Du point de vue de l'architecture, les batteries lithium-ion, ou plutôt les cellules qui les composent, sont constituées d'une anode (électrode négative), d'une cathode (électrode positive), d'un séparateur (un matériau solide qui, comme son nom l'indique, sépare l'anode et la cathode) et d'un électrolyte (généralement un liquide, qui permet le passage des ions lithium entre l'anode et la cathode et vice-versa).

Les principaux éléments des batteries lithium-ion

  • Anode : électrode négative
  • Cathode : électrode positive
  • Séparateur : couche de matière, généralement plastique, qui empêche les électrodes de se toucher
  • Électrolyte : corps dans lequel les ions lithium se déplacent
Une batterie Mercedes

Une batterie Mercedes

Les batteries lithium-ion fonctionnent en alternant des cycles de charge (lorsqu'elles reçoivent de l'énergie d'une source externe) et des cycles de décharge (lorsqu'elles cèdent de l'énergie pour alimenter un appareil tel qu'un appareil ménager, un téléphone portable ou le moteur d'une voiture électrique).

Pendant la charge, la cathode cède une partie de ses ions lithium à l'anode. Pendant la décharge, le processus inverse se produit, l'anode cédant des ions lithium à la cathode, ce qui lui donne de l'énergie.

Batteries lithium-ion : les avantages

Le lithium est le troisième élément du tableau périodique et le métal le moins lourd de la planète. Rien que pour cette question de masse, il présente un grand avantage par rapport à d'autres éléments. Les batteries lithium-ion ont également une densité énergétique plus élevée que les autres types de batteries, ce qui permet de fabriquer des batteries plus petites (et plus légères). De plus, elles se rechargent assez rapidement.

Batteries lithium-ion : les inconvénients

Cependant, les batteries lithium-ion présentent également des inconvénients. Tout d'abord, elles ont une durée de vie limitée et ont tendance à perdre en performance au fur et à mesure de leur utilisation. Ce n'est pas pour rien que les fabricants offrent une garantie sur les batteries qu'ils installent dans les voitures électriques, garantie qui est généralement d'environ huit ans et 160 000 km. En général, on parle de plus de 1 000 cycles, mais il existe des batteries haut de gamme qui vont jusqu'à 2 000 cycles.

Le Tesla Roadster 2011 vendu aux enchères aux États-Unis

Tesla Roadster

L'un des principaux problèmes des batteries lithium-ion est qu'elles sont chères. Par rapport aux batteries nickel-cadmium, dont les performances sont bien moindres, elles peuvent coûter jusqu'à 40% de plus. Enfin, en raison de l'électrolyte liquide, elles sont inflammables et ont tendance à prendre feu en cas de surchauffe.

Qui les utilise et quand sont-elles arrivées ?

Les batteries lithium-ion, comme nous l'avons dit, sont la norme. Elles ont supplanté les batteries au plomb et nickel-hydrure métalliques, s'imposant de loin comme les batteries les plus populaires dans les voitures électriques. La Tesla Roadster de 2008 a été l'une des premières à les utiliser, ouvrant ainsi la voie à l'électrification moderne du monde des transports.

Aujourd'hui, dans un paysage en constante évolution, elles cèdent la place à de nouvelles technologies telles que les batteries LFP ou sodium-ion. Mais elles restent la meilleure solution pour de nombreux modèles à zéro émission qui recherchent à tout prix la performance avant l'économie, et elles continueront à être utilisées dans le futur, façonnant de nombreuses batteries semi-conducteurs qui apparaîtront sur le marché dans les années à venir.