La batterie Li-Polymère est la technologie de batterie la plus courante que nous utilisons quotidiennement. Mais connaissez-vous le principe de fonctionnement et de construction des batteries Li-polymère ?
Le principe de fonctionnement et la construction des batteries Li-polymère sont identiques à ceux des batteries Li-ion. Ces batteries fonctionnent sur le principe de la désintercalation et de l'intercalation des ions lithium des matériaux d'électrode positive aux matériaux d'électrode négative. Examinons d'abord le processus de production des batteries Li-polymère.
Les cellules de type sandwich (Fig. 2) sont constituées d'une électrode en graphite (négative), d'une électrode en oxyde métallique de lithium (positive) et d'une couche séparatrice. L'oxyde métallique de lithium est à base de composés d'oxydes de manganèse, de nickel ou de cobalt ou d'un mélange de ceux-ci.
Dans certaines cellules présentant un niveau de tension plus faible, le phosphate de fer est utilisé comme alternative sous forme de cellules Li-phosphate de fer. La composition affecte les propriétés de la batterie et varie selon le fabricant et le niveau de qualité.
Fig. 2. Construction de base des cellules Li-ion. Schéma : © Université de Siegen
Critères importants qui distinguent les batteries Li-polymère des autres types de cellules :
Les cellules oLi-ion ont un boîtier fixe en acier inoxydable ou en aluminium. Le boîtier est généralement de forme cylindrique (« cellules rondes »). Des formes rectangulaires sont également disponibles.
Inconvénients : coûts d'outillage relativement élevés pour la fabrication des logements ; dimensions restreintes.
Avantages : boîtier robuste et mécaniquement résistant, ce qui rend la batterie difficile à endommager. Un procédé de soudage au laser scelle les cellules.
Les cellules Li-polymère, également connues sous le nom de cellules molles ou de poche, ont un boîtier fin et quelque peu « mou » – comme une poche – fabriqué à partir d’une feuille d’aluminium emboutie. Le boîtier, principalement prismatique, peut être produit plus facilement et à moindre coût que les boîtiers rigides des cellules Li-ion. Les autres composants, sous forme de feuilles très fines (< 100 µm), peuvent également être produits en série à un coût relativement faible.
Les cellules sont légères, fines et peuvent être fabriquées dans une large gamme de formes et de tailles. Des grands formats et des hauteurs inférieures à 1 mm peuvent être réalisés. Les cellules nécessitent cependant une manipulation mécanique minutieuse.
Le film du boîtier est recouvert de plastique sur les deux faces. A l'intérieur : polyoléfines, résistantes aux composants cellulaires. Extérieur : polyamide, résistant à l'environnement extérieur. Ce stratifié étanche est soudé et entoure la cellule comprenant la cathode, l'anode et le séparateur.
La réalisation du déflecteur dans la zone de la terrasse a été un point critique. Une feuille supplémentaire soudée au déflecteur augmente l'étanchéité dans cette zone de soudure du « boîtier ».
o Jeu d'électrodes : Dans les batteries Li-polymère, le jeu d'électrodes comprend une substance à base de carbone (graphite + additifs) collée sur un substrat métallique. La cathode est constituée d'oxydes de cobalt lithiés tridimensionnels ou d'oxydes mixtes nickel/manganèse/cobalt (NMC), également collés sur un substrat métallique. Des déflecteurs sont présents sur les deux électrodes. Ils sont enroulés autour du noyau avec le séparateur, normalement une polyoléfine à trois couches. Le noyau est généralement constitué d'une broche plate afin de créer le bobinage rectangulaire. L'enroulement se trouve au fond du film de la pochette, qui est partiellement plié et posé sur l'enroulement. Le joint est réalisé en soudant le film.
o Conception : Un avantage est la gamme presque illimitée de tailles et de formats grâce à l'absence de boîtier en acier rigide et à la construction compacte. En particulier, la possibilité de concevoir des cellules très plates distingue la technologie des batteries Li-polymère. Ces batteries peuvent avoir une épaisseur inférieure à 1 mm.
Cela se traduit par une liberté de conception significative pour le produit final. Des dimensions individuelles peuvent être réalisées même pour de petits lots, tandis que l'espace réservé à la batterie peut être utilisé au maximum.
o Densité énergétique : La densité énergétique de ces cellules est supérieure à celle des autres types. Par rapport à leur poids total, les cellules Li-polymère ont une densité énergétique légèrement supérieure à celle des cellules Li-ion. Comme les batteries Li-ion, elles peuvent être facilement connectées en parallèle pour permettre des capacités plus élevées.
o Autodécharge : Un autre avantage des cellules LiPo est leur taux d'autodécharge relativement faible.
Ils doivent néanmoins être protégés des surcharges, des décharges profondes et des températures extrêmes.
o Agrément : La diffusion des cellules Li-polymère sur le marché confirme les avantages et l'acceptation de cette technologie. De nombreuses cellules disponibles sur le marché sont certifiées. Avant d'utiliser une cellule particulière, il convient de vérifier si elle dispose d'une autorisation et si le fabricant dispose des outils nécessaires à la production.
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