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Auteur(s)
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Christian SARRAZIN : Spécialiste des sources d’énergie électrochimique - Ancien Chef de la division chimie électrochimie à la Délégation générale pour l’armement / Direction des recherches études et techniques (DGA/DRET)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le lithium, qui a le potentiel le plus négatif et la plus forte capacité massique des matériaux d’anode solides, est apparu comme le métal permettant d’atteindre les plus hautes énergies massiques dans les piles, lorsqu’il est associé à une cathode de potentiel élevé.
Le nombre des différentes piles au lithium est important, car les recherches de cathodes adaptées à l’obtention de bonnes performances a conduit à examiner beaucoup de matériaux. Cette variété des matériaux de cathodes s’explique par la possibilité d’étudier des combinaisons de plusieurs éléments : oxydes ou sulfures de métaux de transition, halogénures, oxyhalogénures, carbones, certains composés organiques, etc. Ces piles, qui ont une cathode soit solide (Li/CuO, Li/MnO 2, Li/CFx, etc.), soit liquide (Li/SOCl2, Li/SO 2, etc.), et peuvent comporter un électrolyte solide dans certains cas, n’ont pas toutes abouti à des fabrications industrielles importantes.
L’utilisation de ces piles est sans cesse croissant, notamment dans les applications portables ou portatives, pour lesquelles la compacité de la source d’énergie est un point crucial.
Seules les piles qui ont fait l’objet de fabrications industrielles significatives seront examinées en détail dans ce texte.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
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D 3 320 – Piles électriques. Présentation générale ;
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D 3 321 – Piles électriques. Piles au zinc ;
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D 3 322 – Piles électriques. Piles au lithium (le présent article) ;
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D 3 323 – Piles électriques. Piles activables ;
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Doc. D 3 325 – Piles électriques. Pour en savoir plus.
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4. Piles lithium-dioxyde de manganèse
4.1 Généralités
La pile lithium-dioxyde de manganèse (Li/MnO2) a été une des premières piles au lithium à cathode solide à être utilisée commercialement [8], dès 1976, du fait de ses caractéristiques intéressantes en termes de performances, mais aussi de coût. L’oxyde de manganèse conduit à une pile dont la tension est de l’ordre de 3 V en circuit ouvert, et cette tension élevée lui confère d’emblée une forte énergie massique, au moins le double de celle des piles alcalines.
Très approximativement, à format de pile et tension équivalents (deux éléments en série pour les systèmes classiques salins et alcalins), si les piles alcalines ont des temps de décharge environ double de ceux obtenus avec des piles salines, les piles Li/MnO 2 permettent des temps de décharge au moins deux fois supérieurs à ceux des piles alcalines ; dans certaines conditions, cette supériorité peut atteindre près de dix fois [4]. De plus, leur tension moyenne de décharge de l’ordre de 2,8 V est également supérieure à la tension moyenne de décharge des éléments conventionnels qui est de l’ordre de 2 x 1,2 V (deux éléments en série).
Ce type de pile présente de bonnes caractéristiques de conservation en stockage et permet une large gamme de température d’utilisation. Il apparaît comme un remplaçant de la pile l’oxyde d’argent-zinc, notamment dans les applications en photographie [4].
HAUT DE PAGE4.2 Constituants
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La matière active cathodique est constituée par un mélange de dioxyde de manganèse, de noir d’acétylène et d’un polymère comme le Téflon, l’ensemble étant comprimé pour former la cathode. De nombreuses études [12] [26] [27] [28] [29] ont été réalisées afin d’identifier l’oxyde manganèse le plus actif en milieu organique ; il a été notamment établi qu’un traitement thermique de déshydratation à au moins 250 ˚C était nécessaire, si l’on voulait obtenir un matériau de capacité massique élevée pour les utilisations dans des piles au lithium [9]. Ce traitement thermique fait cependant décroître...
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