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1 / 8 Une cellule 18650 ouverte Le nom donne la taille : 18 mm de diamètre et 65 mm de haut. Un quart du boîtier a été découpé pour que vous voyiez les couches enroulées à l’intérieur. À droite, un minuscule morceau de ces couches est dessiné à l’échelle des atomes, et les lignes rouges montrent d’où il provient.
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01 Une cellule 18650 ouverte Le nom donne la taille : 18 mm de diamètre et 65 mm de haut. Un quart du boîtier a été découpé pour que vous voyiez les couches enroulées à l’intérieur. À droite, un minuscule morceau de ces couches est dessiné à l’échelle des atomes, et les lignes rouges montrent d’où il provient.
02 Un long sandwich enroulé Dans le boîtier, une longue bande de couches fines est enroulée autour d’un noyau creux : cathode sur feuille d’aluminium, un séparateur, anode sur feuille de cuivre et un second séparateur. La face coupée montre la spirale. En enroulant la bande, on loge une grande surface d’électrode dans un petit boîtier.
03 La cathode est un oxyde lamellaire À 0 % de charge, les 40 billes vertes de lithium sont dans la cathode, dans les espaces entre des feuillets d’atomes de cobalt et d’oxygène. John Goodenough a présenté cet oxyde de lithium et de cobalt en 1980 ; ses couches laissent le lithium sortir et revenir sans que le cristal s’effondre.
04 Une fois chargé, le lithium est dans le graphite La cellule est maintenant à 100 %. Toutes les billes de lithium sont passées dans le graphite à droite, chacune entre deux feuillets de carbone. Le lithium dans le graphite a une énergie bien plus élevée que dans l’oxyde, et c’est cette différence que la cellule restitue sous forme de tension.
05 Charge : les ions d’un côté, les électrons de l’autre Le chargeur retire des électrons de la cathode et les pousse par le fil jusqu’au graphite. Pour garder l’équilibre des charges, les ions lithium quittent l’oxyde, traversent l’électrolyte et le séparateur et se glissent entre les feuillets de carbone. Regardez la tension monter vers 4,20 V.
06 La décharge fait le chemin inverse Avec une lampe dans le circuit, les électrons vont du graphite à la cathode en passant par la lampe, et les ions retournent dans l’oxyde. Sous une charge de 1,6 A, la tension reste 0,08 V sous la valeur à vide. À 3,00 V, l’appareil cesse de consommer du courant.
07 Série pour les volts, parallèle pour les ampères-heures Cette batterie est en 10s4p : dix groupes en série, quatre cellules dans chaque groupe. Dix en série donnent 36 V nominaux et 42 V une fois pleine. Quatre en parallèle donnent 4 × 3,2 = 12,8 Ah. Les 40 cellules stockent environ 461 Wh aux 3,6 V nominaux.
08 Quand la chaleur s’entretient d’elle-même À 220 °C, la cellule a dépassé le point de non-retour. Vers 120 °C, le film protecteur du graphite commence à se dégrader et la cellule s’échauffe seule. Vers 135 °C, les pores du séparateur se ferment et le courant s’arrête. Plus chaud encore, le film rétrécit, la cathode dégage de l’oxygène et les réactions s’emballent.
Boîtier en acier et gaine Le boîtier en acier nickelé est la borne négative, et la gaine en plastique l’isole. Activez « Voir à l’intérieur » pour regarder à travers. Capuchon Le bouton positif. Dessous, un joint ferme le boîtier, et un disque de sécurité s’ouvre si la pression du gaz à l’intérieur monte trop. Cathode en oxyde lamellaire Des feuillets de cobalt (bleu) et d’oxygène (rouge) avec du lithium entre eux, comme dans LiCoO₂. Les cathodes NMC et NCA ont la même structure en couches. Feuille d’aluminium La pâte de cathode est déposée sur les deux faces de cette feuille. Elle collecte le courant et le conduit jusqu’au capuchon. Anode en graphite Des feuillets plats d’hexagones de carbone empilés les uns sur les autres. Quand la cellule se charge, le lithium se glisse entre les feuillets. Feuille de cuivre Le graphite est déposé sur une feuille de cuivre, reliée au fond du boîtier par une courte languette. Séparateur Un film plastique criblé de pores minuscules. Les ions le traversent, mais les deux électrodes ne peuvent jamais se toucher. Électrolyte Un sel de lithium, LiPF₆, dissous dans des solvants carbonates. Les groupes orange et crème sont des ions PF₆⁻. Le liquide transporte des ions, pas des électrons. Ions lithium Chaque bille verte représente 80 mAh de charge, soit environ 1,8 × 10²¹ ions réels. Le modèle en compte 40. Circuit extérieur Les électrons (bleus) ne peuvent passer que par le fil. Le boîtier est un chargeur pendant la charge et une lampe pendant la décharge. Batterie de cellules Des copies de la même cellule reliées par des bandes de nickel. Les colonnes en série additionnent la tension ; les rangées en parallèle additionnent la capacité.
