Les 8 types de batteries au lithium expliqués – laquelle vous convient le mieux ?

Introduction

Les batteries au lithium sont devenues omniprésentes dans la société moderne, alimentant tout, des appareils électroniques grand public aux véhicules électriques. La batterie au lithium a été commercialisée pour la première fois par Sony en 1991, offrant une alternative légère et rechargeable aux technologies précédentes comme le nickel-cadmium. Au cours des trois décennies qui ont suivi, les recherches en cours ont conduit à des améliorations majeures en matière de densité énergétique, de sécurité, de durée de vie et de taux de recharge.

Les batteries au lithium reposent sur le flux d'ions lithium entre une électrode positive (cathode) et une électrode négative (anode). Pendant la décharge, les ions lithium s'écoulent de l'anode vers la cathode à travers une solution électrolytique. Cela génère un courant électrique qui alimente l’appareil. Lors de la charge, une tension externe est appliquée pour inverser le flux d’ions lithium vers l’anode.

Différentes compositions chimiques de batteries au lithium ont vu le jour au fil des années, chacune présentant ses propres avantages et inconvénients. Les premières batteries lithium-ion utilisaient des cathodes en oxyde de lithium et de cobalt, tandis que les variantes plus modernes utilisent des cathodes en nickel, manganèse et aluminium. De nouveaux produits chimiques comme le phosphate de fer et de lithium améliorent encore la stabilité et la sécurité. Les batteries au lithium à l'état solide avec des électrolytes solides plutôt que liquides font également l'objet de recherches actives.

La densité énergétique élevée et la légèreté des batteries au lithium les rendent idéales pour alimenter les appareils grand public et les véhicules. Les améliorations continues de la technologie des batteries au lithium joueront un rôle clé pour permettre une électrification plus large des transports et l’adoption des énergies renouvelables dans les années à venir.

BSLBATT est un professionnel fabricant de batteries lithium-ion , y compris le service R&D et OEM sur 20 ans, nos produits sont qualifiés selon la norme ISO/CE/UL/UN38.3/ROHS/IEC. La société a pour mission de développer et de produire des séries avancées « BSLBATT » (Best Solution Lithium Battery). Produits au lithium BSLBATT alimenter une gamme d'applications, notamment, Solutions à énergie solaire , micro-réseau, stockage d'énergie domestique , voiturette de golf , Marin , VR , batterie industrielle , et plus encore. L'entreprise propose une gamme complète de services et de produits de haute qualité qui continuent d'ouvrir la voie vers un avenir plus vert et plus efficace pour le stockage d'énergie. Différents types de batterie lifepo4 pour votre sélection !

Piles au lithium primaires-types de batteries au lithium

Piles primaires au lithium sont des piles non rechargeables à usage unique qui contiennent du lithium métallique. Elles ont une densité énergétique plus élevée que la plupart des autres types de batteries primaires, offrant ainsi plus de stockage d'énergie par poids.

Quelques caractéristiques clés des batteries primaires au lithium :

• Utilisez du lithium métallique pur comme matériau d'anode. Cela fournit une densité énergétique très élevée, mais peut également entraîner des problèmes de sécurité s'il n'est pas correctement contenu.

• Non rechargeable. Les batteries au lithium primaires sont conçues pour des applications à usage unique. Tenter de les recharger pourrait entraîner une surchauffe et un risque potentiel d'explosion.      

• S'autodécharge plus rapidement que les autres types de batteries primaires. Ils perdront progressivement de la puissance même lorsqu'ils ne sont pas utilisés. La durée de vie utile est généralement de 5 à 10 ans.      

• Plus chères que les piles jetables alcalines et carbone-zinc. La densité énergétique élevée les rend particulièrement adaptés aux appareils nécessitant une longue durée de vie de la batterie.

• Exiger des circuits de protection pour empêcher tout fonctionnement en dehors des plages de tension et de température sûres. Les batteries au lithium non protégées peuvent être dangereuses.

• Couramment utilisé dans les montres, les calculatrices, les serrures de voiture à distance et d'autres appareils nécessitant des piles compactes et longue durée. Également utilisé dans les appareils spécialisés haute puissance.

Les piles au lithium primaire offrent des avantages en termes de performances par rapport aux piles jetables conventionnelles, mais nécessitent des considérations de sécurité supplémentaires. Ils conviennent mieux aux appareils à faible consommation ayant des exigences de longue durée de vie, où les avantages de la légèreté et de la densité énergétique élevée justifient le coût plus élevé.

Batteries secondaires au lithium-ion - types de batteries au lithium

Batteries lithium-ion secondaires sont rechargeables et constituent le type de batterie au lithium le plus couramment utilisé aujourd’hui. Ils ont une densité énergétique élevée, aucun effet mémoire et ne perdent que 5% de leur charge par mois lorsqu'ils ne sont pas utilisés. Cela les rend bien adaptés aux appareils électroniques grand public comme les ordinateurs portables, les téléphones et les tablettes qui nécessitent une recharge fréquente.

La cathode est en oxyde de lithium métallique tel que l'oxyde de lithium et de cobalt et l'anode est en graphite ou en oxyde de titane. Pendant la décharge, les ions lithium s'écoulent de l'anode vers la cathode à travers l'électrolyte et le séparateur. Lors de la charge, les ions reviennent pour se réinsérer dans l'anode.

Les batteries lithium-ion ont une densité énergétique élevée mais peuvent se dégrader avec le temps en cas de température élevée ou de surcharge. Ils ont également des problèmes de sécurité s’ils sont endommagés ou défectueux. Cependant, lorsqu’ils sont utilisés correctement, ils offrent une source d’alimentation rechargeable efficace pour les appareils électroniques portables. La poursuite des recherches vise à augmenter encore la densité énergétique et à améliorer la sécurité et la longévité.

Batteries au lithium polymère-types de batteries au lithium

Piles au lithium polymère , parfois abrégé LiPo, utilise une conception de pochette flexible qui permet à l'électrolyte d'être suspendu dans un composite polymère solide. Cela donne aux batteries au lithium polymère un facteur de forme plus léger, plus fin et plus malléable par rapport aux cellules cylindriques ou prismatiques rigides.

L'électrolyte polymère rend les batteries plus sûres en réduisant les risques de fuite d'électrolyte. Cela permet également aux fabricants de façonner les cellules dans différentes tailles pour mieux s'adapter au boîtier d'un appareil. Les cellules au lithium polymère peuvent être très fines, de seulement quelques millimètres d’épaisseur. Cette taille compacte les rend bien adaptés aux petits appareils électroniques grand public comme les smartphones et les tablettes.

Les boîtiers flexibles et l'électrolyte offrent une résistance supplémentaire aux chocs et aux vibrations par rapport aux cellules rigides. Cependant, le matériau polymère reste vulnérable aux perforations. Il faut veiller à ne pas endommager les cellules au lithium polymère afin d'éviter les courts-circuits internes.

Les batteries au lithium polymère ont généralement une résistance interne inférieure à celle des batteries lithium-ion équivalentes. Cela se traduit par de meilleures performances de décharge et la capacité de fournir des impulsions de courant élevées. La chimie a également une courbe de décharge plus plate que le lithium-ion, maintenant une tension moyenne plus élevée pour une plus grande partie de sa capacité.

Dans l’ensemble, la conception en pochette des batteries au lithium polymère offre des avantages en termes de poids, de taille et de flexibilité de forme par rapport aux facteurs de forme des batteries traditionnelles. Cela en fait un choix populaire pour les appareils grand public portables, les drones, les modèles radiocommandés et d'autres applications nécessitant des batteries petites et légères.

Batteries au lithium fer phosphate Types de batteries LiFePo4-lithium

Produits au lithium BSLBATT alimenter une gamme d'applications, notamment, Solutions à énergie solaire , micro-réseau, stockage d'énergie domestique , voiturette de golf , Marin , VR , batterie industrielle .

Phosphate de fer et de lithium Les batteries (LiFePO4) utilisent une cathode en lithium fer phosphate. Cela fournit une chimie plus sûre et plus stable par rapport aux autres batteries lithium-ion.

Le principal avantage des batteries au lithium fer phosphate est leur longue durée de vie. Ils sont capables de supporter des centaines, voire des milliers de cycles de charge/décharge. Cela les rend bien adaptés aux applications nécessitant une durée de vie élevée, comme le stockage d'énergie renouvelable et les véhicules électriques.

LFP de BSLBATT La batterie a été développée indépendamment grâce au système de gestion de batterie BMS, ce qui peut augmenter la durée de vie de la batterie électrique à 4 000 + fois et la batterie de stockage d'énergie pour 6 000 à 10 000 + fois.

Les batteries LiFePO4 ont une densité énergétique inférieure à celle des autres batteries lithium-ion, mais leur chimie stable offre une très bonne sécurité. Ils sont intrinsèquement incombustibles s’ils sont endommagés ou surchargés. Il n’y a aucun risque d’emballement thermique.

Dans l’ensemble, les batteries au lithium fer phosphate offrent un excellent équilibre entre sécurité, longue durée de vie et bonnes performances. Leur chimie relativement sûre et stable en fait un choix populaire pour de nombreuses applications malgré leur densité énergétique légèrement inférieure à celle des autres batteries lithium-ion. La longue durée de vie est particulièrement importante pour des utilisations telles que les véhicules électriques.

Batteries au lithium titanate - types de batteries au lithium

Piles au lithium-titanate représentent une avancée par rapport aux batteries lithium-ion traditionnelles. Ils utilisent du titanate de lithium plutôt que du graphite sur l'anode. Cela confère aux batteries au lithium-titanate certains avantages clés :

Chargement rapide – Le titanate de lithium permet des temps de charge beaucoup plus rapides par rapport aux batteries lithium-ion standard. Certaines batteries au lithium-titanate peuvent se charger à plus de 80 % de leur capacité en 10 minutes. Cela les rend bien adaptés aux applications nécessitant une recharge rapide, comme les véhicules électriques.

Longue durée de vie – L’anode en titanate de lithium est très stable. Cela permet aux batteries de gérer des milliers de cycles de charge/décharge. Les batteries au lithium-titanate peuvent généralement durer plus de 10 fois plus longtemps que les batteries lithium-ion standard avant de devoir être remplacées. Certaines versions affichent une durée de vie de 20 ans ou plus.

Sécurité   – Les batteries au lithium titanate sont moins sujettes aux problèmes d’emballement thermique et ont une stabilité accrue. Cela leur donne un avantage dans les applications critiques en matière de sécurité, comme les dispositifs médicaux.

Performances à basse température – Le matériau de l’anode permet des capacités de décharge supérieures à des températures froides. Les batteries au lithium-titanate peuvent fonctionner efficacement même jusqu'à -30°C.

Le coût élevé des batteries au titanate de lithium a jusqu’à présent limité leur adoption. Cependant, à mesure que la production augmente, les coûts devraient devenir plus compétitifs par rapport au lithium-ion standard. Leur durée de vie et leurs capacités de cyclage exceptionnelles rendent les batteries au titanate de lithium idéales pour les rôles nécessitant une alimentation fiable et à long terme.

Batteries au lithium-soufre-types de batteries au lithium

Batteries au lithium-soufre sont une nouvelle chimie de batterie passionnante qui offre une densité énergétique nettement supérieure à celle des batteries lithium-ion. Ces batteries utilisent du soufre comme matériau de cathode, qui peut théoriquement stocker environ 5 fois plus d'énergie en poids que les cathodes traditionnelles à l'oxyde de lithium et de cobalt utilisées dans les batteries lithium-ion.

Quelques avantages clés des batteries au lithium-soufre :

• Densité énergétique théorique extrêmement élevée d’environ 500 Wh/kg ou 2800 Wh/L. C’est 2 à 5 fois plus élevé que les batteries lithium-ion.

• L'utilisation du soufre comme matériau de cathode est abondante et beaucoup moins chère que le cobalt ou le nickel utilisés dans les batteries lithium-ion. Cela peut réduire considérablement les coûts.

• Les cathodes au soufre sont légères par rapport aux cathodes à oxyde métallique.

• Aucun risque d’emballement thermique comme les batteries lithium-ion.

• Matériaux respectueux de l'environnement.

Cependant, les batteries au lithium-soufre sont encore confrontées à certains défis techniques avant une commercialisation à grande échelle :      

• Durée de vie courte en raison de la perte de matière active soufrée au fil des cycles. Des recherches sont en cours sur les additifs et les revêtements pour résoudre ce problème.

• Faible efficacité coulombienne. Les mécanismes réactionnels complexes entraînent une perte de soufre actif.

• Expansion volumique du soufre jusqu'à 80 % lors de la décharge entraînant une dégradation mécanique de la cathode. La nanostructuration du soufre permet de résoudre ce problème.

• Mauvaise conductivité électrique du soufre nécessitant des additifs conducteurs.

• L'anode métallique au lithium réagit avec les polysulfures dissous, entraînant une décoloration rapide de la capacité. Des revêtements protecteurs sur le lithium métallique sont en cours de développement.

Si ces défis peuvent être surmontés, les batteries au lithium-soufre pourraient offrir une technologie de batterie sûre, à haute densité énergétique et à faible coût pour des applications telles que les véhicules électriques et le stockage sur réseau. Mais ils restent une chimie de batterie prometteuse qui nécessite davantage de recherche et de développement.

Batteries au lithium à semi-conducteurs - types de batteries au lithium

Utilisation de piles au lithium à semi-conducteurs un électrolyte solide au lieu d’un électrolyte liquide ou polymère. Cela les rend plus sûres que les batteries à électrolyte liquide puisqu’il n’y a aucun risque de fuite ou d’incendie de l’électrolyte.

L’électrolyte solide permet également une densité énergétique plus élevée par rapport aux batteries lithium-ion à électrolyte liquide. L'électrolyte solide prend moins de place dans la batterie, laissant plus de place aux matériaux d'anode et de cathode. Certains prototypes de batteries à semi-conducteurs ont démontré des densités d'énergie supérieures à 500 Wh/L, contre environ 250 à 300 Wh/L pour le lithium-ion conventionnel.

L'électrolyte solide présente également une plus grande stabilité thermique et chimique. Il peut résister à des températures plus élevées sans se décomposer par rapport aux électrolytes liquides. Cela contribue à améliorer la sécurité de la batterie et pourrait permettre des taux de charge plus rapides à l’avenir.

Les principaux défis des batteries au lithium à l’état solide consistent à développer des électrolytes ayant une conductivité lithium-ion suffisamment élevée et à assurer un bon contact entre l’électrolyte solide et les matériaux des électrodes. Mais de nombreuses entreprises et groupes de recherche travaillent activement à la commercialisation de batteries au lithium à l'état solide, car leurs avantages en matière de sécurité et de densité énergétique les rendent très prometteuses pour les véhicules électriques, l'électronique grand public et d'autres applications.

Batteries au lithium-air - types de batteries au lithium

Les batteries lithium-air représentent une future technologie de batterie passionnante qui promet des densités d’énergie extrêmement élevées, dépassant même l’essence. Ils utilisent du lithium métallique comme anode et de l’oxygène de l’air comme cathode.

Lors de la décharge, le lithium métallique cède des électrons qui se combinent avec les ions lithium et l'oxygène pour former du peroxyde de lithium. Cette réaction chimique libère de l'énergie pour alimenter la batterie. Pendant la charge, le processus est inversé : le peroxyde de lithium se décompose pour libérer de l'oxygène, les électrons retournent à l'anode en lithium métallique et les ions lithium retournent à l'électrolyte.

Un avantage majeur des batteries lithium-air est leur densité énergétique théorique d’environ 12 kWh/kg, soit 10 fois supérieure à celle des batteries lithium-ion. Cette densité énergétique massive est rendue possible par l’utilisation de l’oxygène de l’air ambiant plutôt que par le stockage d’un matériau cathodique lourd.

Cependant, les batteries lithium-air sont encore confrontées à des défis techniques importants. L'anode en lithium métallique est instable et a tendance à former des dendrites pendant la charge. Les produits de réaction peuvent obstruer les pores de la cathode à air, réduisant ainsi les performances. Il existe également des problèmes d’efficacité, de durée de vie et de sécurité qui doivent être résolus avant que les batteries lithium-air ne deviennent commercialement viables. Mais si ces défis peuvent être surmontés, les batteries lithium-air pourraient constituer une avancée révolutionnaire dans le stockage de l’énergie. Leur densité énergétique exceptionnellement élevée en fait une perspective intéressante pour les véhicules électriques à longue autonomie et d’autres applications exigeant la plus grande énergie possible dans le plus petit boîtier.

Conclusion

Les batteries au lithium ont révolutionné l’électronique portable et les véhicules électriques en offrant une densité énergétique élevée dans un boîtier léger. À mesure que la recherche et le développement se poursuivent, les batteries au lithium continueront probablement de s'améliorer en termes de capacité, de vitesses de charge, de sécurité et de coût.

Les piles au lithium primaires, bien que non rechargeables, offrent une longue durée de conservation et une puissance de sortie élevée pour les appareils à usage unique. Les batteries lithium-ion rechargeables secondaires dominent actuellement le marché de l’électronique grand public et s’orientent vers des applications plus vastes comme les véhicules électriques. Des variantes telles que le lithium polymère et le lithium fer phosphate offrent des avantages en termes de flexibilité et de sécurité.

Les produits chimiques émergents pour les batteries, comme le lithium-soufre et le lithium-air, visent à augmenter considérablement la densité énergétique par rapport au lithium-ion. Les batteries au lithium à semi-conducteurs pourraient fournir une puissance et une sécurité encore plus élevées en remplaçant les électrolytes liquides par des composants solides.

Dans l’ensemble, la technologie des batteries au lithium a progressé rapidement au cours des dernières décennies et continuera d’être un domaine d’innovation très actif. Nous pouvons nous attendre à voir les batteries au lithium alimenter de plus en plus d’aspects de notre société technologique moderne, tout en s’améliorant régulièrement dans des domaines critiques tels que le coût, la sécurité et la durabilité environnementale. L’avenir est prometteur pour ces batteries polyvalentes hautes performances.

Si vous avez des questions sur ce sujet, n'hésitez pas à Contactez-nous .