Lithium primaire
À propos
- Anode : lithium
- Cathode : dioxyde de manganèse, chlorure de thionyle, monofluorure de carbone, disulfure de fer, autres
- Électrolyte : divers
- Type : primaire
- Tension nominale de la cellule : 1,5 - 3+ volts
- Densité énergétique : 300 - 1 500 W·h/L
- Taux d'autodécharge mensuel : 0,2 - 1 %
Avantages :
- Performances exceptionnelles - le lithium possède une densité énergétique et un potentiel électrochimique élevés. Ce dernier est une mesure thermodynamique du potentiel chimique qui tient également compte de la contribution énergétique des forces électrostatiques.
- Léger - 50 à 60 % plus léger que les batteries en plomb-acide comparables
- Longue durée de vie - longue durée d'utilisation (15 à 20 ans pour les piles au lithium-chlorure de thionyle)
Inconvénients :
- Non rechargeable - les cellules primaires au lithium sont exclusivement destinées à usage unique
- Économiquement inefficace - ces cellules produisent seulement 2% de l'énergie nécessaire à leur fabrication
Informations générales sur le lithium primaire
Le lithium primaire fait référence aux piles non rechargeables utilisant du lithium métallique comme matériau de l'anode. Il existe de nombreuses options d'électrolyte et de cathode (le dioxyde de manganèse, le monofluorure de carbone et le disulfure de fer sont parmi les matériaux de cathode les plus courants).
Gilbert Newton a commencé à expérimenter avec les piles au lithium dès 1912, mais il a fallu attendre la fin des années soixante pour que la première cellule primaire au lithium commercialement viable soit mise au point. Cela a rapidement déclenché la recherche sur les batteries au lithium rechargeables. Depuis, de nombreuses recherches ont été menées pour affiner la chimie concernée, notamment pour comprendre comment le lithium réagit et fonctionne dans différents états et en combinaison avec divers autres matériaux.
Applications les plus courantes
Aujourd’hui, les piles primaires au lithium sont utilisées dans de nombreux appareils nécessitant une longue durée de vie. Elles sont souvent utilisées dans les jouets et constituent une alternative plus performante aux piles alcalines et zinc-carbone lorsque la tension le permet. Elles ont également trouvé une place stable dans l'électronique médicale implantée, comme les stimulateurs cardiaques, grâce à leur longue durée de vie, leur densité énergétique élevée et leur niveau de tension élevé.
Pourquoi recycler les piles primaires au lithium ?
Bien que la plupart des piles primaires au lithium ne contiennent pas de métaux toxiques (à l'exception de LiSOCl2 qui contient du chlorure de thionyle), leur teneur en lithium métallique les rend très inflammables. Le lithium métallique peut exploser lorsqu'il est exposé à l'humidité ou à l'air, ce qui est la raison pour laquelle ces piles (et également les batteries lithium-ion) sont considérées comme présentant un risque d’incendie. Pour des raisons de sécurité, elles sont souvent recyclées en petites lots ou complètement déchargées avant leur traitement.
Points forts du processus
Décharge et comminution
La première étape du recyclage des piles au lithium consiste généralement à les décharger complètement ou à neutraliser leur contenu avec de l'azote liquide. La comminution des piles est ensuite souvent effectuée dans un broyeur rotatif sous une atmosphère de dioxyde de carbone et d'argon, afin de transformer le lithium élémentaire résiduel en carbonate de lithium (Li2CO3).
Séparation physique
Étape suivante - le tamisage: la séparation des petites particules d'oxydes métalliques et de carbone des plus gros fragments d'acier, de papier et de plastique. Ensuite, différents tamis peuvent être utilisés pour séparer les particules de cuivre de la masse noire (qui contient des particules de cobalt et de lithium).
- À ce stade, le flux de papier et de plastique est généralement déjà séparé et est envoyé pour recyclage ou utilisé comme combustible dans les processus industriels.
- L'acier et le cuivre sont également envoyés vers une entreprise de traitement des métaux.
- La fraction restante, riche en lithium, cobalt et carbone (la masse noire), est ensuite traitée au moyen de procédés métallurgiques.
Produits finis
Étant donné la diversité des matériaux de cathode et d'électrolyte utilisés pour les piles primaires au lithium, les produits finaux peuvent varier. Dans la plupart des cas, les flux obtenus sont toutefois les suivants :
- Plastiques
- Papier
- Acier
- Sels de lithium
- Matériaux d'électrolyte et de cathode
Tendances futures
Les piles primaires au lithium restent populaires, mais elles sont remplacées dans de nombreuses applications par des batteries plus récentes et plus performantes, telles que les batteries au lithium-ion et d'autres types de batteries au lithium rechargeables, qui offrent de meilleures performances et une durée de vie plus longue. Le lithium primaire est un choix populaire pour les compteurs de services (comme les compteurs de gaz numériques en Belgique) grâce à leur longue durée de conservation (jusqu'à 3 ans) et leur potentiel intrinsèquement négatif, qui surpasse celui de tous les autres métaux.
