Fabrication des LiPo Vous avez dit accumulateurs électrochimiques 1/20 Vous avez dit accumulateurs électrochimiques Le lithium, cœur de « LA » chimie des batteries en aéromodélisme Principe de fabrication des « pochettes élémentaires » L’élément de base (1s,1p,1C) Les « pochettes élémentaires » (1s,1p,1C) Les « pochettes élémentaires » (1s,1p,2C) Les « pochettes élémentaire »s (1s,1p,2C à nC)

Fabrication des LiPo Vous avez dit accumulateurs électrochimiques ? 2/20 Vous avez dit accumulateurs électrochimiques ? Condensateurs : accumulateurs de charges électriques (charge & décharge) Piles : empilement de convertisseurs primaires (décharge) Batteries : assemblage de convertisseurs secondaires (décharge & charge) Source : Conrad Source : WWW.francoischarron.com

Fabrication des LiPo Du lithium métallique dans les piles 3/20 Nombreuses variétés de piles, parmi lesquelles les piles au lithium (« one shot ») couvercle Ni (pôle moins) anode feuillard Li (métal) e- isolant (colle) séparateur (polymère lithié) I matière active positive (MAP) boîtier Ni (pôle plus) cathode

Fabrication des LiPo 4/20 Les piles se déchargent, mais ne se rechargent pas. Leur recyclage : un acte citoyen piles au lithium : convertisseurs primaires (irréversibles) d’énergie électrochimique Pôle plus (+) Pôle moins (-) Matière Active Positive (*) Le lithium métal s’oxyde neuve MAP   séparateur Li e- (Li+,MAP   ) « - » Li+ Li e- I usée (Li+,MAP   ) « - » séparateur (*) parmi les MAP, le dioxyde de manganèse reste le plus employé (MnO2 )

Du lithium ionisé (cation Li+) dans les LiPo Fabrication des LiPo 5/20 Du lithium ionisé (cation Li+) dans les LiPo collecteur négatif : feuillard Al (conduction électronique) matière active négative MAN (insertion conductrice) séparateur lithié (conduction ionique) enveloppe isolante matière active positive MAP (insertion conductrice) collecteur positif : feuillard Cu (conduction électronique)

Fabrication des LiPo Les batteries se déchargent … 6/20 Désinsertion de Li+ de la négative, insertion dans la positive Pôle plus (+) Pôle moins (-) Matière Active Positive (*) Matière Active Négative (*) lithiée 100% Q MAP séparateur (Li+, MAN« - »)  e- (e- + MAP + Li+) Li+ (Li+ + MAN + e-) e- I 0% Q (Li+,MAP« - ») séparateur MAN (*) les matières actives (MAN, MAP) feront l’objet de développements ultérieurs (« en savoir plus », « davantage approfondir »)

Fabrication des LiPo Fabrication des LiPo 7/20 et elles se réchargent … Insertion de Li+ dans la négative, désinsertion de la positive Pôle plus (+) Pôle moins (-) Matière Active Positive (*) Matière Active Négative lithiée 0% Q MAN (Li+,MAP« - ») séparateur e- (e- + MAP + Li+) Li+ (Li+ + MAN + e-) e- I 100% Q MAP (Li+, MAN« - »)  séparateur (*) la synthèse des MAP ainsi que leur équivalent C02 sont bouleversés depuis 3 ans (ex. de 900°C on est passé à 60°C !!!)

Fabrication des LiPo 8/20 Un principe ancien dans des installations modernes dédiées Matière Active Positive (*) Matière Active Négative (**) Séparateur MAN MAP Feuillard d’Al Feuillard de Cu assemblages en pochettes conditionnement draconien scellement des pochettes charge de primo-insertion Exportation des éléments (pochettes) Assemblage des pochettes en batteries (*) fabriquée en Chine, Corée du Sud, Japon (**) pâte à base de graphite (et actuellement de graphène)

Fabrication des LiPo 9/20 L’élément de base (1s,1p,1C) matière active négative (MAN) (pâtes molles à base de carbone lithié matière active positive (MAP) (pâtes molles à base d’oxydes métalliques lithiés) collecteur négatif (feuillard d’aluminium) collecteur positif (feuillard de cuivre) séparateur épaisseurs nominales ≈ 20 µm, soit ≈ 5x100 µm pour l’élément de base (avec la pochette ≈ 150µm)

masse m proportionnelle Fabrication des LiPo 10/20 Les « pochettes » élémentaires (1s,1p,1C) La capacité C d’un élément dépend du format - + LiMnPO4 (*) 3,6 V – 2700 mAh LiPo 3,7 V – 8000 mAh charge 1,1C (3 A) 45 g pour les tablettes 150 mm charge et décharge 0,2C source : KVB, via internet Deux conditionnements : pliage en accordéon ou enroulement en spirale (VAE, Scooters) masse m proportionnelle à Q (Ah) m proportionnelle à C W (Wh.g-1) et P (W.g-1) proportionnelles à Q (*) nouveau produit de FEM plus élevée (3,6 V) qu’avec le phosphate de fer (3,2 V), nécessite de nouveaux chargeurs

Fabrication des LiPo 11/20 Les « pochettes » élémentaires (1s,1p,1C) - pas utilisées en aéromodélisme, mais largement répandues en téléphonie mobile régulateur de charge incorporé au téléphone LMO; 3,7 V; 4300 mAh; 15,9 Wh équilibre des FEM à la charge + + - masse électrique

Fabrication des LiPo 12/20 Autres conditionnements élémentaires (1s,1p,1C) FEM comprise entre 3,2 et 3,8 V Cu valeur inférieure à 5V, la « tension » électrique de référence en aéromodélisme actuel matière active négative matière active positive forte énergie spécifique (Wh/kg) faible épaisseur bonne ventilation souhaitée séparateur + - + - - + FEM, 2C FEM, 3C FEM, 4C Al épaisseurs nominales ≈ 20 µm ; soit ≈ 180 µm pour l’élément (1s,1p,2C)

Fabrication des LiPo Conclusions 13/20 Condensateurs, piles et batteries électrochimiques sont des accumulateurs électriques Li+ : « LE » composé actuel des batteries de propulsion dans nos modèles électriques Le cation Li+ ne réagit pas mais s’insert ou se des-insert dans les matières actives (*) Principe de fabrication connu et largement développé dans l’industrie en général Conditions d’élaboration très contraignantes : anaérobie, sans humidité, sous vide Eléments de base : des pochettes scellées (1s, 1p, nC), imperméables à la vapeur d’eau (*) les matières actives feront l’objet de chapitres dédiés (« en savoir plus », « davantage approfondir »)