Pile au lithium

Pour les piles basées sur le couple lithium-chlorure de thionyle :

à l'anode, le lithium (Li) s'oxyde en ions lithium (Li⁺) selon l'équation ${\displaystyle {\rm {Li=Li^{+}+e^{-}}}}$

à la cathode, c'est une réduction faisant intervenir le chlorure de thionyle (SOCl₂) qui se produit, selon ${\displaystyle {\rm {2SOCl_{2}+4e^{-}=4Cl^{-}+SO_{2}+S}}}$

Les électrons libérés d'un côté et consommés de l'autre circulent pour donner un courant électrique.

Soit une équation globale : ${\displaystyle {\rm {2SOCl_{2}+4Li\Rightarrow 4Li^{+}+4Cl^{-}+SO_{2}+S}}}$

La pile s'arrête de fonctionner dès que le lithium ou le réactif de cathode (ici le chlorure de thionyle) est entièrement consommé.

L'inconvénient majeur de toutes les piles primaires au lithium est qu'elles ne fournissent qu'un seul cycle de décharge. Elles sont donc à éviter, comme toutes les autres piles primaires, suivant les recommandations de l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME)[2]. De plus, leur capacité est faible (225 mAh pour le modèle CR2032), et elles sont relativement chères.

Ces piles sont adaptées aux applications nécessitant un courant plutôt faible où une longue durée de vie est indispensable, tels que les systèmes d'alarme sans fil par exemple.

La pile au lithium a une bonne résistance aux températures extrêmes : « La pile lithium - Les points forts : des températures de fonctionnement allant de −40 °C à +60 °C. Cet argument n’est pas négligeable par grand froid d’autant que les piles alcalines commencent à déclarer forfait aux alentours des −10 °C[3]. »

Les piles au chlorure de lithium-thionyle ont une densité énergétique importante. Dans celles-ci, un mélange liquide de chlorure de thionyle et de tétrachloroaluminate de lithium jouent respectivement les rôles de la cathode et de l'électrolyte. Un matériau poreux en carbone sert d'électrode positive (la cathode) et reçoit les électrons du circuit extérieur. Les piles au chlorure de lithium-thionyle ne sont généralement pas vendues aux consommateurs, par contre elles sont utilisées dans les milieux commerciaux et industriels, ou installées dans des appareils pour lesquels le changement de piles n'est pas effectué par le consommateur lui-même.

Le type de cellule de piles au lithium le plus couramment utilisé pour la vente aux particuliers utilise du lithium métallique comme anode et du dioxyde de manganèse comme cathode, avec un sel de lithium dissous dans un solvant organique.

Pile CR2016 (lithium manganèse) démontée. De gauche à droite :
1. Côté anode (à l'envers), recouvert de lithium ;
2. Séparateur, fine couche de matériau poreux imbibé d'électrolyte : du sel de lithium dans un solvant organique ;
3. Plaquette de dioxyde de manganèse (MnO₂) ;
4. Côté cathode, avec collecteur de courant (en carbone) sur son dessous et un joint sur le bord interne, endommagé par l'ouverture.