Batterie au lithium-ion : tout ce qu'il faut savoir !

Les batteries au lithium-ion ont longtemps été réservées aux appareils de petite taille à cause de leurs coûts. On les trouvait dans les téléphones, les caméras, les tablettes, les ordinateurs portables, etc.

Et voici maintenant qu’elles révolutionnent l’industrie naissante des voitures électriques avec des autonomies plus que doublées, comme pour la nouvelle Zoe, considérée comme faisant partie des meilleures voitures electriques du moment en France.

L’avantage considérable d’une batterie ou accumulateur lithium-ion est son énergie massique élevée, c’est-à-dire la quantité d’énergie électrique stockable dans un kilo de batterie. Dans une batterie lithium-ion, l’énergie massique est près de 10 fois plus importante que dans une batterie au plomb, et entre 2 et 5 fois plus que dans une batterie à l’oxyde de nickel.

Ce qui est remarquable également dans les batteries lithium-ion, c’est l’absence d’effet mémoire, qui rendait les accumulateurs de moins en moins performants si on les rechargeait avant décharge complète.

Un gros paquet de piles électriques

Une batterie lithium-ion est composée de nombreux éléments reliés les uns aux autres, comme si l’on avait mis des dizaines et des dizaines de piles dans le compartiment d’un appareil.

Hormis la spécificité de sa composition chimique, ce type de batterie fonctionne comme toutes les piles électriques. Chaque pile ou élément est composé d’une électrode positive en oxyde de métal dit «lithié», à base de cobalt ou parfois de manganèse, et d’une électrode négative en graphite. Les deux baignent dans une solution électrolyte dérivée d’un sel d’hydrocarbure.

Le déplacement des ions lithium

En présence d’une tension électrique, des atomes de lithium polarisés, appelés ions lithium, sont produits et vont se fixer à l’une des électrodes. C’est la recharge electrique.

Si l'on branche les circuits à l’envers, la réaction chimique s’inverse, les ions lithium retrouvent leur place, et cela génère un courant électrique entre les pôles de la batterie.

Le marché de l’automobile électrique ne dépend quasiment que d’un seul paramètre : l’autonomie des véhicules, à savoir le nombre de kilomètres que l’on peut parcourir avec une seule charge. Tout cela dépend donc de la technologie et de la production des batteries.

La production des batteries au lithium-ion repose sur une matière première que l’on appelle les « terres rares » et que l’on ne trouve presque exclusivement qu’en Asie, et principalement en Chine.

Le premier producteur mondial est le japonais Panasonic, qui fournit en priorité Tesla, et qui a réellement introduit il y a quelques années cette technologie dans l’industrie automobile.

Les chercheurs, notamment ceux de Tesla, qui entend bien préserver sa place de leader sur le marché des modèles électriques, explorent de nouvelles pistes dans lesquelles le lithium métallique serait utilisé directement pour constituer l’une des électrodes recouverte d’une couche protectrice empêchant la croissance des dendrites. Ils testent également des électrolytes solides et de nouvelles solutions électrolytiques liquides.

Les avantages de l’industrialisation de ces nouveaux modèles seraient énormes :

• Réduction de la taille des éléments,
• Charge ultra rapide, de l’ordre d’une dizaine de minutes,
• Bien meilleure autonomie des véhicules,
• Fin de l’utilisation du cobalt, qui est de loin l’élément le plus onéreux de la construction des voitures électriques,
• Baisse radicale du prix des véhicules électriques.

Bien que l’industrialisation des nouvelles batteries issues de ces recherches ne soit pas annoncée avant 5 ans, elle est très prometteuse, et laisse augurer d’un essor considérable du secteur de l’automobile électrique au détriment des voitures thermiques.