Les types de Li-ion

Il y a plusieurs types de batteries Li-ion qui ont émergé. La version originale de Sony utilisait le coke comme électrode négative (anode). Depuis 1997, la plupart des batteries Li-ion y compris Sony utilisent le graphite. Cette électrode génère une courbe de tension de décharge plus à l'horizontale que le coke et elle offre une courbe prononcée, suivie d'une chute de tension rapide avant d'atteindre la limite inférieure de décharge (référer à la Figure 1). Conséquemment, l'énergie utile du système au graphite peut être récupérée en déchargeant chaque élément à 3,0 volts seulement, alors que la version de Sony utilisant du coke doit être déchargée à 2,5 volts pour obtenir le même rendement.

Figure 1 : Caractéristiques de décharge de la Li-ion

En ce qui concerne l'électrode positive (cathode), deux compositions chimiques différentes ont émergé. Ce sont le cobalt et le manganèse, également connu sous le nom de spinelle. Bien que le cobalt ait été utilisé pendant une période de temps plus longue, le spinelle est par nature plus sécuritaire et moins dangereux, même lorsqu'on ne l'utilise pas de la bonne façon. Les circuits de protection peuvent être simplifiés ou voire même éliminés. Les petits ensembles prismatiques de spinelle utilisés pour les téléphones mobiles peuvent inclure seulement un fusible thermique et un capteur thermique. En plus du niveau de sécurité amélioré, le coût de la matière première du manganèse est inférieur à celui du cobalt.

Par contre, le spinelle offre une densité d'énergie légèrement plus faible, il affiche une perte de capacité aux températures supérieures à 40 ºC et il vieillit plus rapidement que le cobalt. La Figure 2 compare les avantages et les désavantages des deux compositions chimiques.

	Cobalt	Manganese (Spinelle)
Densité d'énergie (Wh/kg)	140*	120*
Sécurité	Lors d'une surcharge, l'électrode en cobalt fournit un surplus de lithium qui peut se transformer en lithium métallique, occasionnant ainsi un risque potentiel pour la sécurité si celle-ci n'est pas protégée par un circuit de sécurité..	Lors d'une surcharge, l'électrode en manganèse manque de lithium ce qui fait chauffer seulement l'élément. Les circuits de sécurité peuvent être éliminés pour les petits ensembles de 1 et 2 éléments.
Température	Vaste plage de température. Mieux adapté pour fonctionner aux températures élevées.	Perte de capacité au-dessus de 40 °C. Pas aussi résistant aux températures plus élevées.
Vieillissement	Un stockage de courte durée est possible. L'impédance augmente avec le vieillissement. Les nouvelles versions permettent un stockage de plus longue durée.	Légèrement moins que le cobalt. L'impédance change peu pendant la vie de l'élément. Suite aux améliorations continues, la durée de stockage est difficile à prédire.
Espérance de vie	300 cycles, capacité de 50 % au 500e cycle.	Peut être plus courte que celle du cobalt.
Coût	Le coût des matières premières est élevé; un circuit de protection augmente les coûts.	Le coût des matières premières est 30 % moins élevé que pour le cobalt. Un circuit de protection simplifié constitue un avantage au niveau des coûts.

Figure 2 : Comparaison entre les électrodes positives en cobalt et en manganèse.
Le manganèse est par nature plus sécuritaire et il est moins dangereux lorsqu'on ne l'utilise pas de la bonne façon, cependant il offre une densité d'énergie légèrement inférieure. Le manganèse affiche une perte de capacité aux températures supérieures à 40 °C et il vieillit plus rapidement que le cobalt.

Les produits chimiques et les additifs aident à balancer le compromis critique entre une densité d'énergie élevée, une période prolongée de stockage, un cycle de vie de longue durée et la sécurité. On peut assez facilement atteindre des densités d'énergie élevées. Par exemple, en ajoutant plus de nickel au lieu du cobalt, on accroît la capacité en ampères-heures et on diminue le coût de fabrication, mais ceci rend l'élément moins sécuritaire. Alors qu'une nouvelle compagnie peut s'orienter vers une densité d'énergie élevée pour acquérir rapidement sa part du marché, cette approche peut compromettre la sécurité, le cycle de vie et le stockage. Les fabricants reconnus tels que Sony, Panasonic, Sanyo et Moli accordent une grande importance à la sécurité.
Lorsqu'ils sont usés, les éléments Li-ion causent moins de dommage en terme de déchets que les batteries au plomb ou au cadmium. Dans la famille des batteries Li-ion, le spinelle constitue le produit le moins dommageable.