Les batteries lithium-ion gagnent en popularité en tant qu'alternative puissante, légère et écologique.
Les batteries lithium-ion sont utilisées commercialement depuis les années 1990. Développées à l'origine pour être utilisées dans l'électronique grand public, elles gagnent en popularité en tant qu'alternative puissante, légère et écologique aux batteries au plomb et autres batteries de traction.
Toutes les batteries sont composées de deux électrodes (l'anode et la cathode), d'un séparateur pour empêcher les électrodes de se toucher et de se court-circuiter, et d'un électrolyte qui remplit l'espace restant dans la batterie. Dans les batteries traditionnelles au plomb, les deux électrodes sont en plomb et l'électrolyte est un mélange d'eau et d'acide sulfurique. Une réaction chimique entre le plomb et l'acide sulfurique produit des électrons libres qui sortent de la batterie sous forme d'électricité.
Dans les batteries lithium-ion, les électrodes sont fabriquées à partir de composés de lithium : oxydes métalliques de lithium pour la cathode et composés lithium-carbone pour l'anode. L'électrolyte est un milieu conducteur, généralement un gel polymère ou un liquide contenant un sel de lithium ou un solvant organique. Lors de la production d'énergie, l'électrolyte permet aux ions de lithium de se déplacer de l'anode vers la cathode dans un processus connu sous le nom d'intercalation. Cela produit des électrons libres, qui quittent la batterie par l'anode, se déplacent dans le circuit sous forme d'électricité et retournent à la cathode. L'inverse se produit pendant la charge. Le séparateur favorise l'intercalation car il ne permet qu'aux ions de lithium de le traverser. Il empêche les électrons et les particules d'électrode de traverser la batterie.
En général, les batteries lithium-ion sont plus légères et peuvent être chargées plus rapidement que les batteries au plomb. Comme elles ont des densités d'énergie plus élevées que les batteries traditionnelles, il est possible de fabriquer des batteries plus petites tout en conservant la même capacité de stockage. L'un des principaux avantages des batteries lithium-ion est que la réaction chimique qui se produit est réversible, ce qui évite la dégradation des électrodes au fil du temps. Les batteries peuvent donc être rechargées beaucoup plus souvent que leurs équivalents au plomb. Elles sont également plus respectueuses de l'environnement car elles ne contiennent aucune substance (comme le plomb ou l'acide sulfurique) à forte charge environnementale.
D'autre part, le lithium est une substance très réactive, les électrolytes organiques sont très volatils et l'anode présente souvent une grande instabilité thermique. Par conséquent, les batteries li-ion présentent un risque d'incendie si elles sont percées ou chargées de manière inappropriée. En particulier, elles peuvent être soumises à un processus dangereux connu sous le nom d'emballement thermique.