Le Li-ion est une batterie nécessitant peu d’entretien, un avantage auquel la plupart des autres produits chimiques ne peuvent prétendre. La batterie n’a pas de mémoire et n’a pas besoin d’exercice (décharge complète volontaire) pour la maintenir en bon état. L'autodécharge est inférieure de moitié à celle des systèmes à base de nickel, ce qui facilite les applications de jauges de carburant. La tension nominale des cellules de 3,60 V peut alimenter directement les téléphones mobiles, les tablettes et les appareils photo numériques, offrant ainsi des simplifications et des réductions de coûts par rapport aux conceptions multicellulaires. Les inconvénients sont la nécessité de circuits de protection pour éviter les abus, ainsi que le prix élevé.
Types de batteries lithium-ion
La figure 1 illustre le processus.
Le Li-ion est une batterie nécessitant peu d’entretien, un avantage auquel la plupart des autres produits chimiques ne peuvent prétendre. La batterie n’a pas de mémoire et n’a pas besoin d’exercice (décharge complète volontaire) pour la maintenir en bon état. L'autodécharge est inférieure de moitié à celle des systèmes à base de nickel, ce qui facilite les applications de jauges de carburant. La tension nominale des cellules de 3,60 V peut alimenter directement les téléphones mobiles, les tablettes et les appareils photo numériques, offrant ainsi des simplifications et des réductions de coûts par rapport aux conceptions multicellulaires. Les inconvénients sont la nécessité de circuits de protection pour éviter les abus, ainsi que le prix élevé.
La batterie lithium-ion d'origine de Sony utilisait du coke comme anode (produit à base de charbon). Depuis 1997, la plupart des fabricants de batteries Li-ion, y compris Sony, sont passés au graphite pour obtenir une courbe de décharge plus plate. Le graphite est une forme de carbone qui présente une stabilité de cycle à long terme et est utilisé dans les crayons à mine. Il s’agit du matériau carboné le plus courant, suivi des carbones durs et mous. Les carbones des nanotubes n'ont pas encore trouvé d'utilisation commerciale dans le Li-ion car ils ont tendance à s'emmêler et à affecter les performances. Un futur matériau qui promet d’améliorer les performances du Li-ion est le graphène.
La figure 2 illustre la courbe de décharge en tension d'un Li-ion moderne avec anode en graphite et de la première version au coke.
Plusieurs additifs ont été essayés, notamment des alliages à base de silicium, pour améliorer les performances de l'anode en graphite. Il faut six atomes de carbone (graphite) pour se lier à un seul ion lithium ; un seul atome de silicium peut se lier à quatre ions lithium. Cela signifie que l’anode en silicium pourrait théoriquement stocker plus de 10 fois l’énergie du graphite, mais l’expansion de l’anode pendant la charge pose problème. Les anodes en silicone pur ne sont donc pas pratiques et seulement 3 à 5 % de silicium sont généralement ajoutés à l'anode d'un matériau à base de silicium pour obtenir une bonne durée de vie.
L'utilisation de titanate de lithium nanostructuré comme additif d'anode présente une durée de vie prometteuse, de bonnes capacités de charge, d'excellentes performances à basse température et une sécurité supérieure, mais l'énergie spécifique est faible et le coût est élevé.
Expérimenter avec des matériaux de cathode et d'anode permet aux fabricants de renforcer leurs qualités intrinsèques, mais une amélioration peut en compromettre une autre. La « cellule énergétique » optimise l'énergie spécifique (capacité) pour obtenir de longues durées de fonctionnement mais à une puissance spécifique inférieure ; la « Power Cell » offre une puissance spécifique exceptionnelle mais à capacité inférieure. La « Hybrid Cell » est un compromis et offre un peu des deux.
Les fabricants peuvent atteindre relativement facilement une énergie spécifique élevée et un faible coût en ajoutant du nickel à la place du cobalt, plus cher, mais cela rend la cellule moins stable. Même si une entreprise en démarrage peut se concentrer sur une énergie spécifique élevée et des prix bas pour être rapidement acceptée par le marché, la sécurité et la durabilité ne peuvent être compromises. Les fabricants réputés accordent une grande intégrité à la sécurité et à la longévité.
La plupart des batteries Li-ion partagent une conception similaire composée d'une électrode positive (cathode) en oxyde métallique recouverte d'un collecteur de courant en aluminium, d'une électrode négative (anode) en carbone/graphite recouverte d'un collecteur de courant en cuivre, d'un séparateur et d'un électrolyte. composé de sel de lithium dans un solvant organique. Pour plus d'informations, veuillez consulter teda Battery.com.
Le tableau 3 résume les avantages et les limites du Li-ion.
Heure de publication : 26 juin 2022