REPÈRES es Mots-clés : batteries lithium-ion équipements électroniques pour portables Générateurs électrochimiques, Lithium-ion, Appareils portables. par Richard DOISNEAU, SAFT La technologie lithium-ion première place dans le batteries portables de sa supériorité rendement température, a pris la domaine en raison en densité de charge, des notamment d'énergie, tenue en conservation de charge. La technologiede batterieslithium-ionoccupela premièreplacepour les applications portables. Les avantages de cette technologie sont importants: importantes densitésd'énergie,rendementde chargevoisinde 1, tensionnominalede 3,6 V qui permet de faire fonctionnerde nombreux circuitssur un élémentunique,fonctionnement jusqu'à 60°C, bonne conservationde la charge,comportement en cydage remarquable. INTRODUCTION Dans l'univers des générateursélectrochimiques, plutôt habitué à connaître des évolutions, certes parfois rapides, l'irruption de la technologie lithium-ion tient de la révolution. Sansdétrôner le plomb acide ni le couple manganèsezinc des piles, elle a pris la premièreplace pour les applications portables. Nous nous proposonsd'exposer les avan- Cependant,leurtempsde chargeestplus longque celui des éléments alcalins.Par ailleurs, il faut ajouter des dispositifsde protectionpour ne pas risquer des accidents en cas de surcharge(les matières actives deviennent instables), ce qui entraîneun surcoût. tages qui expliquent sa percéeet les inconvénientsqui limitent l'ampleur de sa suprématie. LE LITHIUM-ION DANS LE MARCHÉ DES BATTERIES PORTABLES En 1998, 300 millions d'éléments lithium-ion ont été commercialisés dans le monde, pour une valeur proche de 2000 millions de dollars. La technologie lithium-ion occupe maintenant une place importante dans l'industrie des générateurs électrochimiques (25 milliards de dollars en 1998) et est devenue la première pour les batteries portables ainsi que le montrent les estimations du tableau 1 relatives à l'année 1998. Pour mieux apprécier l'importance en volume de la technologie lithium-ion, il faut avoir présent à l'esprit que sa tension nominale est 3,6 V et qu'un élément lithium-ion " remplace" 3 " alcalins" (NiMH et NiCd). Lithium-ionbatteriescurrentlyoffer the bestcharacteristics for portableequipment. Lithium-ion technologyoffers a numberof major advantages; high energy density, charging efficiencyclose to unity, operationat up to 60 ooC, good charge retention,excellentcycling properties, and a nominal cell voltage of 3.6 volts, enabling many applications to operate with a singlecell. However, the charging time is longer than the equivalentalkalinetypesand additionalprotection is requiredin casethe celloverheats.Thisis due to the useof inflammable solvents in thecellconstructionand resultsin increasedcosts. Avec la croissanceprévue des applications, la consommation d'éléments lithium-ion devrait dépasser 400 millions en 1999. portables. Elles devraient progressivementtrouver de nouveaux emplois dans les terminaux portables, le secoursde mémoire et pratiquement tous les appareils électroniques Introduites en 1991 par Sony dans ses camescopes,les batteries lithium-ion occupent maintenant une place pré- portables, avec pour exceptions notables les applications dites " de puissance" telles que les outillages. Nous expli- pondérante dans la téléphonie mobile et les ordinateurs quonsplus loin les raisons de cette exclusion. REE N'8 Septebre 1999 Les batteries lithium-ion pour équipements électroniques portables Tableaii 1 - - Répartition en 1998 des batteries portables entre les technologies Li-ioti, NIMH et NiCd. Nombre d'éléments Chiffre d'affaire Part (%) du marché (en millions) (en millions de dollars) portable Lithium-ion 300 2000 43 % Nickel-métal hydrure 800 1800 39% Nickel-Cadmium 1200 800 17 % Rechargeable portable 2300 4600 100 % Les éléments lithium-ion sont de type cylindrique, prismatique ou bouton. Les cylindriques, avec l'ICR 18650 (diamètre 18 mm, longueur 65 mm) ont été commercialisés en Dans les conditions normales, on charge 140 mAh/g : x vaut donc environ 0,5 à l'état chargé. Rien ne s'oppose à la premier. Actuellement, la production de prismatiques est en passe de rattraper celle de cylindriques. La vente de boutons reste marginale. Saft a lancé en 1997 une gamme d'éléments poursuite de la charge mais l'oxyde devient alors de moins en moins stable. De plus, le potentiel s'élevant au-dessus de 4,1 V, le solvant de l'électrolyte commence à réagir avec la cathode, en particulier à température élevée. La lithium-ion prismatiques moyens qui se distinguent par leur section oblongue et surtout par leur plus forte capacité. En carbone finement divisé pour améliorer sa conduction élec- effet, si la plupart des éléments lithium portables ont une capacité comprise entre 0,4 et 1,6 Ah, la gamme MP (Medium Prismatic) s'étend de 2 à 5 Ah. Elle est destinée aux applications qui demandent davantage d'énergie. Les éléments MP évitent la mise en parallèle d'éléments de plus petite taille et offrent, comme le montre le croquis de la figure 1, une compacité plus grande qu'un assemblage d'éléments cylindriques de capacité équivalente. DESCRIPTION D'UN ÉLÉMENT Avant de passer en revue les performances des éléments lithium-ion, nous en rappelons la constitution ainsi que leur principe de fonctionnement en prenant l'exemple des éléments de la gamme MP, dont un schéma éclaté est présenté en figure 2. Cathode La matière active est l'oxyde de cobalt lithiné (LiCO02) A l'état chargé, il est transformé en LixCo02 selon la réaction de charge (1). + x Li+ + x e Section du MP ",: ". ;. ; `' :::: :: ;::;::>&lt; :::::;. :::.> ;4:<:: :::: : ;; :<y= ;?::;_;:.,.,: :-:' xA wi: ::û:·^:::;:;:::îi$ :::ï_.:jj :": ` :::... :'% ;::':::.k·. ·s:, "i :;",_..' ;`tü:.·'. ?'i::\;;.ï;·;;;-:n; ·:;::;;".., ;·, " "." W., '.:.;:! :·i:ï ;·1', ::j;;-;;:'' ::;.i;·::-;t:'vt :G :.;::.:., cohésion ainsi que son adhérence au collecteur. Au total, l'électrode positive possède une capacité d'environ 600 mAh/dm' (2 faces), pour une épaisseur de 200 m. Anode Ce qu'il est convenu d'appeler la matière active, bien trouve intégré dans le graphite sous forme d'un composé d'insertion (LiC6) selon la réaction globale (2). + 6C + e- LiCfi (2) La capacité spécifique théorique du graphite est de 372 mAh/g. En pratique, les graphites utilisés acceptent une première charge comprise entre 300 et 370 mAh/g, un Constitution des éléments MP ? Li,t,CoO') tronique. Elle est déposée sur un collecteur de courant en aluminium de 20 JAmd'épaisseur. Un liant fluoré assure sa qu'elle ne change pas de degré d'oxydation, est constitué d'un mélange de graphites. Au cours de la charge, le lithium produit par la réduction des ions de l'électrolyte se LITHIUM-ION LiCoO matière active reçoit un apport de quelques pourcents de (1) peu inférieure à la proportion stoechiométrique du composé d'insertion, pour ne restituer que 280 à 340. La différence entre la première charge et la décharge suivante est dénommée capacité irréversible ; elle correspond à la formation d'une interface solide qui protège le composé d'insertion de l'action oxydante de l'électrolyte. Les capacités char- Assemblage équivalent , ., z.;.R ..;," °,x,'· :. ,..,. de cylindriques _ x tt < . ·'2 ,_. 1. Eiicoiiibreineiits _ :." coiiiparés dit MP et de cylindrigues éguivnlents en capacité. REE NI 8 e,, Septembre 1999 . 1 65 NOUVEAUX TYPES DE STOCKAGE D'ÉNERGIE Electrolyte Oiifice de d remplissage Electrode positive Pôlepositif w L-.' : --' " --..'- ".. Orifice d L'électrolyte est une solution de LiPF6 dans un mélange de carbonates d'alkyles { (R-0),-C=O, R = CtL ou C2H51. Le soluté réagit avec l'eau pour donner prin- Coupe-c'scuit cipalement de l'acide fluorhydrique ; il faut donc conserver l'électrolyte à l'abri Connexion de l'humidité. Les matières actives et le Electrode négative Séparateurs Event séparateur doivent être dans un état de siccité extrême. L'assemblage des éléments, jusqu'à leur fermeture après rem- /// ! >'j'I " ", //1 Godet Pôlenégatif ;''-',',:' :/ i " " , -- ÀJ " 1 " ( plissage, est effectué en salle sèche à point de rosée inférieur à -40'C. Boîtier i Le boîtier, de section oblongue, est en acier inoxydable d'épaisseur 0,4 mm. Il est fermé par un couvercle fixé par soudure laser. Le rôle principal du boîtier est de protéger le coeur de l'élément des 2. Schéiiia éclaté d'un élément MP. gées et restituées tendent rapidement à s'égaliser au cours des premiers cycles suivants. Du fait de la constitution de positive ne participe plus aux échanges électrochimiques, ce qui réduit d'autant l'efficacité en élément de l'oxyde de agressions mécaniques et chimiques. En fonctionnement normal, la pression interne ne varie pas ou peu et seules les réactions parasites mettent en oeuvre des espèces gazeuses contrairement aux technologies nickel-cadmium et nickelmétal hydrure. L'ensemble du boîtier constitue le pôle cobalt : son rendement apparent s'établit à 130 Ah/kg. négatif. l'interface, une partie du lithium produit par l'électrode Le choix des graphites est guidé par bien d'autres considérations que la seule capacité spécifique. On s'intéresse d'abord à leur chargeabilité, c'est-à-dire leur aptitude à accepter des courants de charge élevés sans dépôt de lithium métal. Il est ensuite nécessaire de s'assurer de la constance de leurs performances après les différentes étapes d'élaboration des électrodes et des éléments. Enfin, il faut veiller à la stabilité dimensionnelle de l'électrode au cours des cycles charge-décharge, par exemple en ayant recours à un graphite constitué de particules de structure " isotrope ". La matière active est déposée sur un collecteur de courant en cuivre d'épaisseur 12 pm. Un mélange de liants assure sa cohésion et son adhérence au feuillard. Le procédé d'enduction est particulièrement élaboré pour minimiser la proportion de liant, matière organique présente dans l'anode et susceptible de réagir avec le lithium du composé d'insertion. Ce procédé, par voie aqueuse, a permis de s'affranchir des liants fluorés potentiellement plus réactifs qui étaient utilisés dans les débuts du lithium-ion. L'épaisseur de l'électrode négative est également de 200 lm. REE WB Septembre 1999 Le couvercle comporte également, logé dans le pôle positif, un coupe-circuit irréversible qui isole l'élément en cas de surcharge prolongée. Le coupe-circuit est actionné par la pression des gaz dégagés à la suite des réactions de l'électrolyte sur l'électrode positive lorsque la tension atteint 4,5 V ou un état de surcharge d'environ 50%. Lors du montage en batterie, les éléments reçoivent des dispositifs de sécurité supplémentaires : d'abord un fusible thermique irréversible réglé à 83'C et surtout un circuit électronique de protection qui contrôle le courant ainsi que la tension de chacun des éléments constituant la batterie. Il interrompt aussi bien la charge que la décharge si le courant est trop élevé ou si la tension d'un élément sort des limites fixées : 4,2 V en charge et 2,5 V en décharge. Sauf de polyoléfines d'épaisseur 25 m. Sa fusion à 130°C provoque l'obturation de la porosité et l'interruption des transferts ioniques entre les électrodes, ce qui permet d'éviter un emballement thermique en cas de court-circuit franc. s'établisse dans l'élément, comme, par exemple, cela pourrait se produire lorsque la batterie est jetée au feu. L'évent est dimensionné pour éviter, en toute circonstance, la rupture du boîtier et l'éjection de projectiles solides. après un courant de charge excessif, l'action du circuit de protection est réversible. Séparateur Le séparateur est un micro-poreux Dispositifs de sécurité Le couvercle comporte un évent ouvrant entre 12 et 15 bars. Il est destiné à éviter qu'une pression trop élevée ne Principe de fonctionnement La charge provoque l'oxydation de la matière active cathodique qui libère un ion Li par électron. Les ions lithium sont transportés vers l'anode, au travers du sépara- Les batteries lithium-ion pour équipements électroniques portables 3. Schémas des processlls Charp, d'échange de lithium entre les électrodes en charge et en décharge. Graphite Electrolyte Oxyde de cobalt Déchare n n Electrolyte Crraphite 0 Electron 0 Li (O) inséré Oxyde de cobalt ion Li' inséré constant et tension croissante jusqu'à 4,1 V, la seconde à teur, par électro-migration. La réduction des ions lithium conduit à la formation du composé d'insertion graphitelithium. On assiste en décharge aux réactions inverses. L'ensemble des processus d'échange de lithium entre électrodes est schématisé sur la figure 3. Au bilan, l'électrolyte 4,1 V et courant décroissant et tendant progressivement vers zéro. PERFORMANCES ne participe pas aux réactions. La technologie lithium-ion Quant aux matières actives, elles conservent leur morpho- a réussi sa percée spectacu- rapport à l'état de l'art antérieur. Nous examinons ces propriétés ainsi que celles, moins favorables, qui laissent de nombreuses applications aux éléments rechargeables alcalins (NiMH et NiCd). miques. est donnée par la différence entre le potentiel de l'électrode positive et celui de l'électrode négative. Le potentiel de la positive varie avec son état de charge. Celui de la négative est quasiment constant Densité d'énergie Le tableau et supérieur de 100 mV à celui du couple Li+/Lio. La tension de l'élément en circuit ouvert varie comme le montre le graphique de la figure 4. 2 donne une comparaison des densités d'énergie des 3 technologies rechargeables : NiCd, NiMH et Li-ion, pour des éléments cylindriques et prismatiques de petite taille (0,4 à 1,6 Ah). Il s'agit des performances habituelles des éléments industriellement disponibles. L'équilibrage en capacité des électrodes est calculé pour permettre, sans dépôt de lithium métal, un état de charge de l'oxyde de cobalt correspondant à une tension de 4,2 V. Un tel niveau peut survenir du fait de l'imprécision DU LITHIUM-ION laire à cause d'un ensemble de propriétés remarquables par logie, aussi bien pendant la charge que la décharge. Seul le lithium est échangé au cours des processus électrochiLa force électromotrice Li (I) intercalé Certains éléments offrent parfois des densités d'énergie plus importantes mais, dans ce cas, le concepteur a dû se résoudre à des concessions sur d'autres performances, en des particulier, la durée de vie ou la fiabilité. La technologie lithium-ion permet de gagner typiquement plus de la moitié du poids d'une batterie nickel-cadmium et le tiers de celui d'une batterie nickel-métal hydrure. La comparaison en énergie volumique reste favorable au lithium-ion mais de manière moins marquée. Pour cerner plus précisément l'avantage énergétique du lithium- chargeurs et des disparités de performances entre éléments d'une même batterie. Mais la tension nominale de fin de charge est cependant fixée à 4,1 V pour garantir la sécurité et la longévité des batteries en toutes circonstances. La charge est effectuée à tension constante, en prenant soin de limiter le courant au début de la charge. Dans la pratique, la charge comporte deux étapes : la première à courant Tableau 2. - Comparaison des densités d'énergies entre les trois technologies portables. Nickel cadmium'' Nickel Energie massique Wh/kg métal hydrure Lithium 40-60 50-80 100 -1 Energie volumique Wh/L i 100-200 200-250 230-2 I REE N'8 Septembre 1999 NOUVEAUX Tableau3. DE STOCKAGE D Ni-Cd Produit catalogue c technologie c Masse (g) 150 155 Tension (V) 1,2 Capacité (Ah) 5 Energie c (Wh) D'ÉNERGIE - Comparaison (le l'éiiergie d'élétîîejits de iiiasse et de ,oliii ? îe voisiis. D 33600 Format Statut TYPES 6,0 MP 176065 MP176065 NiMH lithium-ion lithium-ion En développement Produit catalogue En développement 150 155 1,2 3,6 3,6 8 5 5,5 9,6 18 20 1001-/ (160 300% 330 c ion, une comparaison est établie dans le tableau 3 entre des éléments de plus grande taille, dont la performance est peut atteindre 1,6 V, pour une tension nominale 1,2 V, soit une " surtension " supérieure à 30 %. Ce paramètre est à plus caractéristique de l'électrochimie que de la conception mécanique de la connexion et du boîtier. Il se trouve que 2 éléments MP 176065 (17 x 60 x 65 mm) occupent prati- prendre en considération pour les batteries qui comportent de nombreux éléments en série et pour lesquelles la surten- quement le même espace que deux éléments cylindriques de format D 33600 (diamètre 33 mm, hauteur 60 mm) ; il est donc légitime de comparer directement les deux éléments. Le MP, en plus de l'avantage procuré par la technologie lithium-ion, bénéficie de la compacité que lui procure sa forme prismatique. Rendement de charge sion devient importante en valeur absolue. Température Les éléments lithium-ion fonctionnent jusqu'à 60°C et des excursions de quelques jours ou quelques heures sont possibles à 70 ou 80°C respectivement. C'est principalement l'oxydation du solvant qui limite la plage utile de température. En nickel-cadmium comme en métal hydrure, il n'est pas recommandé d'opérer au-delà de 45°C, même si certains éléments nickel-cadmium offrent encore des Le rendement de charge des éléments lithium-ion est voisin de 1, contrairement à celui des éléments nickel-cadmium et nickel-métal hydrure qui, pour une charge com- performances exploitables à 55'C. Cette limitation résulte de la médiocre stabilité à chaud de l'hydroxyde de nickel et surtout, dans le cas du NiMH, de la corrosion de l'allia- plète et selon le régime, exigent 10 à 50 % de supplément de capacité. En contrepartie, les éléments alcalins acceptent sans danger d'être surchargés à régime modéré, même si des surcharges prolongées ou répétées affectent leur durée de vie. Le supplément de capacité nécessaire à leur ge hydrurable. charge complète est entièrement converti en chaleur et se traduit donc par une élévation de température qui peut être importante si le régime est rapide et la surcharge mal contrôlée. Dans le cas du lithium-ion, on observe un échauffement par effet Joule pendant la phase à courant constant (en début de charge), suivi d'un refroidissement pendant la phase à tension constante. Vers les basses températures, l'augmentation de résistivité de l'électrolyte affecte les performances en régime rapide et ceci au-dessous de O°C, mais en régime plus lent, les éléments lithium-ion fonctionnent jusqu'à -20°C. Cette limite a été repoussée à -30°C pour les MP et il est prévu que la génération 99 offre des possibilités de service à -40'C. Les éléments nickel-cadmium permettent d'opérer jusque vers -30°C, c'est-à-dire jusqu'à la congélation de leur électrolyte. Certains éléments, avec des électrolytes particuliers, fonctionnent encore à -40°C. Quant au métalhydrure, sa limite inférieure de fonctionnement se situe actuellement vers - 1 O'C. Tension, surtension La tension des éléments lithium-ion est comprise entre 4,1 V, en fin de charge et à l'état complètement chargé et 2,7 V qui est considéré comme la tension de fin de décharge, pour une tension moyenne ou nominale de 3,6 V. Cela permet de faire fonctionner de nombreux circuits électroniques avec un élément unique, alors qu'il est nécessaire de recourir à 3 éléments alcalins en série pour obtenir la tension voulue. La " surtension " entre la moyenne et le maximum est de 14 %. Pour les couples alcalins, la tension de fin de charge REE NI 8 191) 9 Connaissance de l'état de charge, mode de charge La mesure de la force électromotrice (en pratique, tension en circuit ouvert ou sous faible courant) permet de déterminer en valeur relative l'état de charge de l'élément lithium-ion ou de la batterie. La courbe de la figure 4 représente la relation entre la tension et l'état de charge des éléments MP. Cette propriété est due à l'oxyde lithiné de la cathode, le potentiel de l'anode demeurant sensiblement constant. Les batteries lithium-ion pour équipements sans rapport avec les faibles modifica- TENSION EN FONCTION DE L'ETAT DE CHARGE MP 144350 Décharges par pas de 10% à C/20 et repos de 3h tions structurelles i I I - _ i décharge complète et ceci même à régime élevé. Les meilleurs éléments nickelcadmium atteignent ce niveau de performance qui est habituellement inacces- 3,8 3.8 e' 3,6 i ... F qui accompagnent la charge et la décharge. La perte de capacité est inférieure à 25 % de la capacité initiale après 1000 cycles de charge et 4,1 3,9 électroniques portables sible aux éléments métal-hydrure nickelmétal hydrure surtout si les conditions de 3 3,4 3,3 charge sont médiocrement contrôlées. 3,2 - - - - - Puissance 3,1 3.1 0 tO 20 30 40 50 60 70 80 90 100 En charge comme en décharge, la supériorité des éléments alcalins est manifeste. On peut, dans certaines condi- 4. Rel (itioii eiitre la teiisioii à coliraiit iiiil et l'état de charge. tions, les charger en 15 à 30 minutes pour les décharger en moins de 5 minutes. Il faut, au mieux 1 à 1,5 heure pour Pour un état de charge donné, la relation ne varie pratiquement pas avec la température ou l'histoire de l'élément. Cela s'explique par les faibles changements structurels que subissent les matières actives. Dans le cas des couples charger les MP et normalement 3 heures tandis que leur décharge continue la plus rapide est effectuée en 30 minutes. Des pointes de courant beaucoup plus intenses alcalins, la relation entre la tension en circuit ouvert et l'état de charge n'est exploitable qu'en fin de charge et au (jusqu'à 25 A pour le plus gros des MP) sont possibles mais le niveau de tension peut alors devenir inacceptable prix d'une correction de température. Le lien étroit et constant entre la force électromotrice et l'état de charge permet d'effectuer la charge à tension pour l'application. Cette différence de comportement en régime rapide entre les couples alcalins et le lithium-ion est due à leur résistance interne et plus précisément à la résistivité de leur électrolyte : la solution aqueuse de potasse qui constitue l'étectrotyte des éléments alcalins offre une résistivité 100 fois plus faible que celle de la solution en milieu organique utilisée dans les éléments lithium-ion. Des surfaces d'électrode 4 à 5 fois plus grandes et des distances moyennes réduites de plus de moitié ne suffisent constante, en l'occurrence 4,1 V, quelle que soit la température et l'état de charge initial. La seule contrainte est de limiter le courant en début de charge. En fin de charge, le courant tend à s'annuler. Les caractéristiques de charge du MP 144350 (2 Ah, encombrement équivalent à celui de 3 AA) sont présentées sur la figure 5. Les éléments alcalins ne sauraient être chargés à tension constante en raison du pas à rattraper un tel handicap. Les applications de puissance, telles que l'outillage risque d'emballement thermique. Leur charge est effectuée à courant constant et nécessite une détection de fin de char- por- table, ne peuvent s'accommoder des performances des élé- ge si le régime est tant soit peu élevé (charge complète en moins de 5 heures). Conservation CHARACTERISTIQUES DE CHARGE MP 144350 charge à 4.1 Và 20'C de charge En matière de conservation de charge, la supériorité des éléments lithium-ion est' patente. Au cours du premier mois de stockage à température ambiante, à l'état complètement chargé, la perte de capacité des éléments nickel-métal hydrure dépasse généralement 30 % et peut atteindre le double. Les éléments nickel-cadmium font à peine mieux. Dans les mêmes conditions, la perte de capacité des MP s'établit entre 5 et 10 %, et l'écart de performance s'accroît avec la température. 4,2 4,2 2 4,0 4,0 nsion 1,6 n 1,7 0.85 et 0,34 A :w: oà 3,8 3,81,2 3, 60,8 3,6 'r ; ; Courant 0,85 et 0 34 A > 3,4 3,4 0,4 3,2 Cyclage Les éléments MP ont un comportement remarquable en cyclage qui n'est pas 0 o 12345678 012345678 0 Durée de charge (h) 5. C (iri (@léri,liclites de charge dit MP 144350. REE l, 8 Sept,,I,,, 1999 NOUVEAUX ments lithium-ion, mises en oeuvre. TYPES DE STOCKAGE dans l'état actuel des technologies D'ÉNERGIE batterie est plus petite. Enfin, certains des matériaux, tels que les carbones, les séparateurs et les électrolytes sont encore éloignés de leur prix plancher industriel ; quant au Sécurité Les dangers présentés par les batteries lithium-ion tiennent d'abord au fait que les éléments contiennent un solvant organique inflammable et ensuite à leur densité d'énergie. C'est surtout la forte densité d'énergie massique qui crée le danger, car pour une même quantité d'énergie convertie localement en chaleur à la suite d'un court-circuit, l'échauffement est moins important dans un élément nickel-métal hydrure que dans un élément lithium-ion. Audelà de 150'C, son emballement thermique est difficilement évitable, s'il était complètement chargé. Les risques potentiels de la technologie du lithium-ion ont été pris en cobalt, il est intrinsèquement coûteux. L'écart de prix par unité d'énergie devrait donc s'amenuiser au point que seules soient prises en compte les considérations de performance en regard des besoins de l'application. Environnement Les éléments lithium-ion ne contiennent pas de sub- stances toxiques. Cependant, au même titre que l'ensemble des générateurs électrochimiques, en raison de la présence de métaux non ferreux et de composés corrosifs, les législations en vigueur ou en préparation prévoient l'obligation de leur récupération et de leur recyclage. Du point de vue compte dans la conception des produits et des usines et de multiples dispositifs de sécurité ont été ajoutés pour en rendre acceptable le niveau résiduel. Pour 600 millions d'éléments mis en service, un seul accident sérieux, affec- de l'environnement, la supériorité de la technologie lithium-ion sur la plupart des autres technologies est que le tant un utilisateur MP renferment 10 % de cobalt soit 20 à 40 F selon les fluctuations du cours mondial du métal, alors que, par ana- de téléphone, a été rapporté à ce jour. Cependant deux usines japonaises ont connu des dommages n importants. Pour un élément lithium-ion, la surcharge constitue le seul abus réellement dangereux. Avec les MP, l'utilisateur bénéficie de trois niveaux de protection. D'abord, avec le chargeur, qui par construction ne peut pas surcharger la batterie du fait du mode de charge à tension constante ; ensuite, avec la batterie qui est équipée d'un circuit de protection électronique interrompant la charge si la tension (donc l'état de charge) d'un des éléments devient excessive ; enfin, avec chacun des éléments qui comporte un coupe-circuit mécanique et un thermofusible. Au total, il n'est pas exclu que les batteries lithium-ion soient plus sûres que certaines batteries assemblées sans précaution à partir d'éléments nickel-cadmium métal hydrure de pacotille. ou nickel- Coût Le coût des batteries lithium est notablement plus élevé que celui des batteries nickel-cadmium et nickel-métal hydrure de capacités équivalentes. La différence, qui tend à s'amenuiser, tient à 3 facteurs principaux : les investissements, les dispositifs de sécurité et les matériaux. Les investissements industriels sont plus importants : électrodes de plus grande surface, opérations en salle sèche et nécessité d'un contrôle unitaire à l'issue d'un test électrique sensiblement plus long. Les dispositifs de sécurité et en particulier le circuit électronique de protection sont plus coûteux et la différence est d'autant plus manifeste que la REE N'8 Septembre 1999 produit usagé recèle, sous forme de cobalt, une valeur résiduelle supérieure au coût de son recyclage. Les éléments logie avec le nickel-cadmium, il faut prévoir un ordre de grandeur n'excédant pas 20 F/kg pour leur traitement. CONCLUSION La supériorité de la technologie lithium-ion est patente dans presque tous les domaines et en particulier dans celui de l'énergie massique, laquelle devrait encore faire l'objet d'améliorations. Au chapitre de la puissance, le nickel-cadmium et le nickel-métal hydrure font et feront probablement toujours mieux que le lithium-ion. Pour ce qui concerne les coûts, le désavantage du lithium-ion tend à s'amenuiser mais devrait subsister en raison des dispositifs de sécurité supplémentaires qui sont pour l'instant indispensables mais qui le rendent particulièrement fiable. Cependant, il est des cas pour lesquels une solution " rustique " est préférable et, en matière de robustesse, le nickelcadmium a fait ses preuves. Au global, il faut prévoir que nombre de nouveaux produits et de nouvelles applications feront dorénavant appel de préférence aux batteries lithium-ion. Richard DOISNEAU, ingénieurEPCI,Docteurès Sciences, estdirecteur commercial MPchezSaftchargé dudéveloppement desventes mondiales, après avoirétéde96à 98 le chefduprojetqui a aboutià la créationdela gamme de produitsLi-ionMPet à sonindustrialisation. Au coursdeses25anschezSaft. il a remplidesfonctions industrielles diversifiées : développement, contrôle qualité,production, directiond'établissement, de division,de filiale (Japon et UK).