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Les piles au lithium ne sont pas rechargeables. Elles ont la forme des piles zinc-carbone classiques (AA et AAA) et la tension est la même.

Les piles (éléments non-rechargeables) sont décrites ici
On parle souvent d'accus au lithium et on oublie qu'il existe également des piles au lithium (non rechargeables). La pile se compose de lithium-disulfide de fer (LiFeS2) et la tension est de 1.5V comme les piles classiques au format AA et AAA qu'elles peuvent remplacer. Comme le lithium réagit violemment avec l'eau, l'électrolyte ne contient pas d'eau.

Les premières versions de ces piles avaient une capacité équivalente aux piles alcalines. Ces piles étaient alors vendues avec argument commercial le courant important qu'elles pouvaient produire et le fait qu'elles avaient une très longue durée de vie.

Ces piles peuvent débiter un courant très important, limité par une résistance PTC interne à 3A. Une résistance PTC a une valeur très basse à température ordinaire et la résistance augmente fortement à partir d'une température donnée. Cette résistance agit ainsi comme un fusible automatique qui se remet à zéro quand le cours circuit a disparu. L'absence d'eau permet à la pile de fonctionner dans une gamme de températures élevées, mais la température de fonctionnement optimale est de 20 à 60°C. La pile garde sa charge pendant plus de 10 ans (l'auto-décharge est pratiquement nulle).

La pile a une tension aux bornes plus élevée que 1.5V. On peut réduire cette tension quand la pile débite par l'ajout de composants à l'électrolyte. La tension quand la pile est au repos est de 1.80V et elle diminue à 1.50V quand elle débite. Cette tension reste très constante pendant toute la durée de la décharge.

La réaction se fait en deux étapes et cela se remarque aussi au fait qu'il y a deux plateaus de décharge (qui ne se voient que quand la pile débite un très faible courant).

Quand on mesure la tension à vide et qu'on mesure une tension inférieure à 1.70V, c'est que la pile est vide. La tension remonte toujours à cette valeur, mais la pile ne peut plus fournir aucun courant (la tension tombe à zéro quand elle doit débiter).

Ces piles sont plus difficiles à trouver que les piles alcalines ordinaires, on les trouve dans les commerces spécialisés. Elles sont idéales comme piles de réserve (éclairage de secours, batteries de réserve pour le flash, etc).

La construction des piles au lithium diffère de celle des piles zinc-carbone. On enroule des feuillets de lithium pur (qui forment l'anode) et une pâte de disulfite de fer comme cathode séparés par un electrolyte. La surface de contact est très importante (en comparaison des piles classiques), ce qui permet de produire un courant important. Cette structure enroulée est utilisée pour les piles au lithiumet les accus lithium-ion.

Recharger les piles au lithium

La courbe de décharge très plate est le signe que le rendement de Coulomb de la pile est très bon et que ces piles devraient pouvoir être rechargées, mais les fabricants n'ont pas utilisé cette possibilité.

Le lithium est un métal très électropositif et il y a risque d'incendie quand on surcharge la pile. Les piles primaires utilisent le lithium métallique et sont donc plus dangereuses que les accus où le lithium est lié à d'autres composants qui le stabilisent. Dans un accu, on ne trouve jamais de lithium sous forme métallique. Le lithium peut prendre feu spontanément et réagit fortement au contact de l'eau. Il n'est pas possible d'éteindre un feu au lithium avec les extincteurs classiques, et surtout pas avec de l'eau.

Le lithium a comme le zinc tendance à former des dendrites quand on recharge la pile. Les dendrites peuvent faire des cours circuits internes. Les piles au lithium peuvent fournir un courant important qui est limité par une sécurité (résistance PTC). En cas de cours-circuit interne, cette protection ne joue pas et la pile peut exploser. Une combustion ou explosion de pile au lithium peut libérer des composants toxiques (acide fluorydrique et d'autres composants cancérigènes).

Lors du développement des accus au lithium, on a expérimenté avec le lithium métallique, mais les problèmes étaient insurmontables et le lithium sous forme de métal est trop dangereux. N'inventez pas à nouveau l'eau chaude (SURTOUT pas l'eau chaude, essayez plutôt le fil à couper le beurre): on a déja essayé et cela n'a pas réussi. Il n'y a que les éléments où le lithium est lié qui sont suffisamment sûrs pour être utilisés comme accus (lithium-ion).

Contrairement aux piles alcalines, je ne peut donc pas vous recommender de recharger vos piles au lithium. Il faut en tout cas travailler avec une tension en charge supérieure à 1.70 - 1.75V (qui est la tension en charge des piles alcalines). Une tension de 1.70V correspond à une tension au repos de l'élément, où il ne se produit donc pas de charge ni de décharge. De plus les additifs qui servent à diminuer la tension de la pile réagissent quand on tente de recharger la pile.

Ce n'est pas la première fois que la technologie des accus est utilisée là où on n'a pas besoin de recharge. Pour la commande des fusées V2 on a utilisé des batteries au plomb, c'était la seule technologie disponible à l'époque qui pouvait fournir un courant suffisamment important pendant la courte durée de vol (environ une minute).

Les piles au lithium-bisulfide de fer ont une tension en décharge pratiquement constante pendant toute la durée de la décharge. La courbe de décharge correspond à celle d'un accu NiMH (la tension est un peu plus élevée). On voit sur le graphique que les piles alcalines ont une courbe de décharge peu interessante.

Lithium non rechargeable

Courbes de décharge
La courbe qui est montrée est une courbe de décharge à puissance constante. Les appareils qui ont une alimentation à commutation consomment une puissance constante, avec le courant qui augmente quand la tension diminue. Les piles au carbone-zinc n'aiment pas une telle décharge, car elles doivent produire plus de courant en fin de vie, quand justement elles sont épuisées. Le graphique montre que les piles alcalines ont une capacité de moitié inférieure aux piles lithium, alors que le rapport est en fait de 2/3: capacité d'une pile alcaline: 2000mAh et d'une pile lithium: 3000mAh.

Une courbe de décharge qui est souvent utilisée pour caractériser les accus est la décharge à courant constant. Le courant est généralement fixé à 0.05C, soit un courant de 100mA pour un accu au format AA ou LR6.

La décharge par résistance fixe est souvent utilisée dans les dépliants techniques des piles salines et alcalines. On utilise alors une résistance de 10Ω. Une telle mesure ne permet pas de déterminer directement la capacité, puisque le courant dépend de la tension. Une pile zinc-carbone a une capacité qui dépend fortement du courant débité: on ne trouve donc pas d'indication de capacité sur l'emballage. La décharge par résistance fixe réduit un peu l'écart négatif des piles alcalines par rapport aux accus.

Lors de la décharge à puissance constante, le courant augmente quand la tension diminue:
1.5V167mA
1.4V179mA
1.3V192mA
1.2V208mA
pour une puissance de 250mW.

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