À quoi sert le lithium dans une batterie ?

7 septembre 2022

 

Les batteries lithium-ion sont une référence dans l’univers des véhicules électriques, du stockage d’énergie, des appareils portatifs, des drones, de la mobilité verte… Composant essentiel de ces accumulateurs, le lithium est aujourd’hui un élément stratégique, que ce soit industriellement ou économiquement. Alors, quel est le rôle du lithium dans les batteries ?

 

Qu’est-ce que le lithium ?

Le lithium est le métal solide le plus léger, ce qui rend maniable les appareils nomades et confère aux batteries Li-ion un grand avantage. En effet, dans le tableau périodique, le lithium est le premier alcalin. Il est composé des plus petits atomes pour un métal solide. Il fait donc preuve de légèreté et a une capacité calorifique très élevée. 

Ce sont ces caractéristiques chimiques qui font du lithium le métal privilégié à d’autres, comme le plomb. Le lithium est connu pour sa réactivité au contact de l’eau et de l’air. Pour cette raison, les batteries lithium-ion ont demandé de nombreuses années de recherches afin d’aboutir à des batteries lithium-ion sécurisées et stables. Cette technologie succède aux batteries Nickel Cadmium et Nickel Métal Hydrure.

La production industrielle du lithium a débuté en 1923, alors que la commercialisation a commencé en 1991 avec Sony. Ces batteries Li-ion étaient dans un premier temps destinées à l’électronique grand public, pour ensuite devenir indispensables au fonctionnement de tout appareil ayant besoin d’une batterie nomade et rechargeable. Nous connaissons bien évidemment la présence du lithium dans les batteries, mais le lithium est aussi un élément indispensable dans d’autres secteurs comme la céramique, les verres, les produits pharmaceutiques, la métallurgie…

En savoir plus : Le lithium et ses utilisations

Le lithium se trouve en abondance sur terre, mais il est extrait seulement s’il est présent en forte densité. En effet, tous les gisements ne conduisent pas à une exploitation industrielle. Les prix de vente doivent justifier les coûts d’extraction ainsi que les autres étapes. La majeure partie des ressources en lithium se situent dans le « Triangle du lithium » (Argentine, Bolivie et Chili), ces pays regroupent la moitié des réserves mondiales. La Chine, l’Australie et les États-Unis font aussi parties des plus grands extracteurs.

En Europe, nous comptons également des gisements de lithium, notamment au Portugal, en Allemagne, en Serbie et en France.

 

L’importance du lithium dans les batteries

Les propriétés du lithium ont permis le développement de batteries aux performances remarquables. Alors, le lithium est privilégié pour la composition des batteries. Ce métal offre aux batteries lithium un atout essentiel, la légèreté qui est actuellement nécessaire pour la majorité des appareils portatifs et pour les véhicules électriques. Le lithium possède aussi un haut potentiel électrochimique et une densité énergétique exceptionnelle pour un poids et un volume très faible. Le lithium permet plus de puissance avec un volume réduit, par rapport aux autres métaux. Pour comparaison, une batterie lithium-ion a une densité énergétique quatre fois plus importante qu’une batterie au plomb. 

En ce qui concerne la composition de ce métal si convoité, un atome de lithium est constitué de trois protons, de trois électrons et d’un électron qu’il cède facilement. Celui-ci devient alors un ion, ce qui explique alors le terme lithium-ion. Ce potentiel électrochimique est à l’origine de l’utilisation du lithium dans les batteries.

Les batteries lithium-ion sont alors légères, peu volumineuses et stockent une grande capacité d’énergie.

 

Les propriétés d’une batterie lithium-ion

Les avantages de cette technologie 

En plus de leur légèreté, les batteries lithium-ion sont capables de stocker jusqu’à 4 fois plus d’énergie par unité de masse que les autres technologies de batterie. Le lithium-ion possède de ce fait, de grandes performances en termes d’autonomie et de puissance. Il n’est pas soumis à l’effet mémoire avec un taux d’auto-décharge faible.

 

Le fonctionnement des batteries lithium-ion

Les batteries lithium-ion transforment l’énergie chimique en énergie électrique grâce à l’échange réversible d’ions lithium entre l’électrode positive et négative. Ces deux électrodes sont plongées dans un liquide conducteur : l’électrolyte. Ce mouvement produit l’énergie électrique.

Pour en savoir plus, découvrez dans notre article précédent le fonctionnement d’une batterie lithium-ion et ses atouts : Quels sont les avantages d’une batterie lithium-ion ?