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Batteries Li-ion - Conception théorique

Article de référence | Réf : D3342 v2

Microbatteries - Microsources d'énergie en couches minces

Auteur(s) : Alain LEVASSEUR, Brigitte PECQUENARD, Philippe VINATIER, Raphaël SALOT, Frédéric LE CRAS, Michel MARTIN

Date de publication : 10 mai 2009

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RÉSUMÉ

Les microsources de courant appelées microbatteries, restées longtemps au stade de la recherche universitaire, se sont développées quasi industriellement suite à la miniaturisation des systèmes nomades comportant des microcircuits électroniques. Une microbatterie est un générateur électrochimique rechargeable présentant deux types possibles d’architecture. Elle est composée d'un empilement d’une dizaine de couches minces sur un substrat plan (verre, céramique, silicium isolé, métal isolé, polymère revêtu d'une couche barrière à l'humidité). Chaque couche mince possède une géométrie particulière afin que l'empilement soit fonctionnel. Trois sont actives (électrode positive, électrolyte, électrode négative), les autres étant des couches protectrices, isolantes ou servant de collecteur de courant.

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ABSTRACT

Power microsources known as microbatteries, which have been the subject of long university research, were developed in a quasi-industrial way following the miniaturization of nomadic systems including electronic microcircuits. A microbattery is a rechargeable electrochemical generator presenting two possible types of architecture. It is composed by stacking of a dozen of thin layers on a planar substrate (glass, ceramic, isolated silicon, isolated metal, polymer coated with an anti-moisture barrier). Each thin layer has a specific geometry so that the staking is functional. Three are active (positive electrode, electrolyte, negative electrode) and the others are protective, insulating or current collector layers.

Auteur(s)

Alain LEVASSEUR : Professeur à l'ENSCPB, CNRS, Université de Bordeaux, Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB) (UPR CNRS 9048)
Brigitte PECQUENARD : Maître de Conférences à l'ENSCPB, CNRS, Université de Bordeaux, Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB) (UPR CNRS 9048)
Philippe VINATIER : Maître de Conférences à l'ENSCPB, CNRS, Université de Bordeaux, Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (ICMCB) (UPR CNRS 9048)
Raphaël SALOT : Ingénieur-chercheur au Commissariat à l'énergie atomique (CEA-LITEN)
Frédéric LE CRAS : Ingénieur-chercheur au Commissariat à l'énergie atomique (CEA-LITEN)
Michel MARTIN : Ingénieur de recherches (HEF R) - Chef de projet

INTRODUCTION

La miniaturisation des systèmes nomades comportant des microcircuits électroniques, l'augmentation très importante de leurs fonctionnalités impliquent l'adaptation des sources d'énergies qui leur sont associées, d'où le développement de microsources de courant appelées microbatteries.

Une microbatterie est définie comme étant un générateur électrochimique tout solide rechargeable ayant une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de micromètres (typiquement de 10 à 25 μm), une aire variant de quelques mm² à quelques cm² et constitué par l'empilement d'une dizaine de couches minces ; trois sont « actives » ( électrode positive, électrolyte, électrode négative ), les autres étant des couches protectrices, isolantes ou servant de collecteur de courant.

L'étude des microbatteries qui a débuté dans les années 1980 est restée longtemps au stade de la recherche universitaire, mais depuis quelques années, ces systèmes sont entrés dans une phase de développement industriel, voire de pré-industrialisation.

Il ne faut pas confondre les microbatteries avec d'autres systèmes plus conventionnels constitués généralement d'électrodes composites poreuses et d'un électrolyte polymère (ou d'un électrolyte liquide), chacun de plusieurs dizaines de micromètres d'épaisseur, capables de fournir un courant et une capacité surfacique plus importants. Il s'agit alors de minibatteries.

Bien qu'impropre, nous utiliserons le terme batterie ou microbatterie qui est maintenant communément utilisé et qui dérive de l'anglicisme « microbattery ». Rigoureusement, une batterie est un assemblage d'accumulateurs connectés en série ou parallèle.

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VERSIONS

Il existe des versions antérieures de cet article :

Version archivée 1 de nov. 1998 par Jean-Paul TERRAT, Michel MARTIN, Alain LEVASSEUR, Georges MEUNIER, Philippe VINATIER

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - KIM (I.S.), VAUGHEY (J.T.) , AUCIELLO (O.) - * - J. Electrochem. Soc., 155, p. A448-A451 (2008).
(2) - KIM (J.B.), LEE (H.Y.) , LIM (S.H.), LEE (S.M.) - * - Electrochem. Comm., 5, p. 544-548 (2003).
(3) - NEUDECKER (B.J.), ZUHR (R.A.), BATES (J.B.) - * - J. Power Sources, 81-82, p. 27-32 (1999).
(4) - PHAN (V.P.), PECQUENARD (B.) , LE CRAS (F.), BOUILLON (P.), DELMAS (C.) - * - Abstract # 677, 214 th ECS meeting, Honolulu (2008).
(5) - NEUDECKER (B.J.), DUDNEY (N.J.), BATES (J.B.) - * - J. Electrochem. Soc., 147, p. 517-523 (2000).
(6) - VINATIER (P.), HAMON (Y.) - Applications of ion transport in disordered solids. - Dans « Charge transport in disordered solids with applications in electronics » , edited by BARANOVSKI (S.), Wiley & Sons Ltd. (2006).
...

ANNEXES

1 Événements
2 Brevets
3 Annuaire
1. 3.1 Entreprises développant des microbatteries
2. 3.2 Laboratoires et centres R

1 Événements

Lithium Battery Discussion (LiBD) tous les 2 ans.

International Meeting on Lithium Batteries (IMLB)

Electrochemical Society 2 fois par ans, http://electrochem.org

HAUT DE PAGE

2 Brevets

Demande de brevet US2007/0006807 Magnetic Mask Holder

Brevet US2005/0016458 Apparatus for producing thin-film electrolyte

HAUT DE PAGE

3 Annuaire

HAUT DE PAGE

3.1 Entreprises développant des microbatteries

• STMicroelectronics (Tours) http://www.st.com

Étranger :

• Oak Ridge Micro-Energy (Oak Ridge, Tennessee) http://www.oakridgemicro.com

• Excellatron (Atlanta, Georgia) http://www.excellatron.com

• Cymbet (Elk River, Minnesota) http://www.cymbet.com

• Infinite Power Solutions (Denver,...

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