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Types de batterie au lithium-ion

Types de batterie au lithium-ion


Bien que toutes les batteries lithium-ion ou batteries li-ion aient de nombreux aspects en commun, il existe différents types de batteries lithium-ion disponibles.

Chaque type de batterie lithium-ion a ses propres caractéristiques, ce qui signifie que différents types de batterie Li-ion seront utilisés dans différents domaines.

En conséquence, il est nécessaire de choisir le bon type de batterie lithium-ion pour chaque application - la compréhension des différents types et de leurs caractéristiques permet de choisir le bon type pour chaque application particulière.

Présentation des types de batteries au lithium-ion

Des paramètres tels que la chimie, le coût, la taille, le poids, la capacité et bien d'autres attributs varient selon les différents types de batterie lithium-ion.

Des articles tels que des équipements électroniques portables allant des téléphones portables aux tablettes électroniques, aux jeux, aux liseuses électroniques et plus encore nécessitent des niveaux de densité d'énergie élevés combinés à des niveaux élevés de sécurité. Pour ces applications, des batteries au lithium-oxyde de cobalt sont normalement utilisées.

Dans d'autres applications, une densité d'énergie plus faible peut être tolérée, mais une durée de vie de la batterie plus longue peut être nécessaire. Le type de batterie li-ion utilisé pour ces applications est souvent le type de batterie lithium-ion phosphate ou lithium-nickel manganèse-oxyde de cobalt car ces types de batterie lithium-ion offrent des durées de vie plus longues au détriment de la densité d'énergie très élevée.

Pour les applications automobiles où un courant élevé est une nécessité, le type de batterie au lithium-nickel-manganèse-oxyde de cobalt est souvent utilisé.

Il existe également d'autres types de batteries Li-ion qui sont utilisées pour des rôles particuliers. La technologie des batteries au lithium-ion progressant rapidement, de nouveaux types de batteries au lithium-ion sont voués à apparaître sur le marché à intervalles fréquents.

Il existe une bonne variété de types de batteries au lithium-ion. Les principales différences sont les matériaux de l'anode et de la cathode.

Chacun des différents types de batterie au lithium-ion offre des caractéristiques différentes et, par conséquent, ils ont tendance à être utilisés dans différentes applications. Les principaux types sont résumés dans les sections ci-dessous.

Oxyde de lithium-cobalt, LCO

La batterie au lithium-oxyde de cobalt, LiCoO2, est un type de batterie au lithium-ion qui trouve des utilisations dans de nombreux équipements électroniques de consommation. Il offre un très haut niveau de densité d'énergie spécifique ainsi qu'un bon niveau de sécurité.

La batterie se compose d'une cathode en oxyde de cobalt avec une structure en couches. L'anode est en graphite (carbone). Pendant le cycle de décharge, les ions lithium se déplacent de l'anode vers la cathode et dans le sens inverse pendant la charge.

L'anode en graphite limite la durée de vie de la batterie lorsque l'interface d'électrolyte solide change et également en raison de l'épaississement de l'anode. Les nouvelles batteries peuvent incorporer du nickel ou du manganèse pour améliorer la durée de vie et réduire les coûts de fabrication.

L'un des inconvénients de la batterie LCO est que sa capacité actuelle à la fois en charge et en décharge est limitée. À titre indicatif, il ne doit pas être chargé ou déchargé à une vitesse supérieure à sa capacité, c'est-à-dire qu'une batterie de 2400 mAh ne doit pas être chargée ou déchargée avec un courant supérieur à 2400 mA. Souvent, des chiffres de 0,8 du niveau de charge sont recommandés.

La batterie LCO est maintenant supplantée dans certaines applications par le lithium manganèse, ainsi que par les types NMC et NCA. Cela se produit à la suite de l'amélioration des performances de ces autres types à mesure que le développement améliore les performances et en raison du coût.

Résumé de la batterie au lithium-oxyde de cobalt, LCO
AttributDétails
Principales caractéristiquesHaute densité d'énergie; haut niveau de sécurité
Principaux inconvénientsDurée de vie relativement courte; capacité de charge élevée limitée.
Principales applicationsElectronique grand public: - téléphones mobiles, jeux, ordinateurs portables, tablettes, liseuses, etc.
Tension3,60 V nominal avec taux de fonctionnement typique entre 3,0 et 4,2 V / élément
Énergie spécifique (capacité)150 - 200Wh / kg typique
Vie de la batterie500 à 1000 cycles

Batterie au lithium phosphate de fer, LFP

La batterie lithium-ion lithium-ion phosphate de type LFP offre une faible résistance interne et une capacité de courant élevée.

Afin de fournir sa capacité de courant élevée, ce type de batterie li-ion utilise un matériau de cathode phosphate à l'échelle nanométrique.

En termes de performances, ce type de batterie lithium-ion fournit une tension aux bornes légèrement inférieure et un taux d'autodécharge légèrement plus élevé que les autres formes. Cependant, il offre un courant nominal élevé et une bonne stabilité thermique combinée à un bon niveau et une bonne stabilité thermique.

Résumé du phosphate de fer au lithium, batterie LFP
AttributDétails
Principales caractéristiquesCapacité de courant élevée, durée de vie du calendrier plus longue.
Principaux inconvénientsTaux d'auto-décharge légèrement plus élevé; tension de cellule basse (3,3 V)
Principales applicationsOutils électriques, certains outils médicaux, amateur

Oxyde de lithium et de manganèse, LMO

Ce type de batterie au lithium-ion utilise de l'oxyde de lithium et de manganèse, LiMn2O4 comme matériau de cathode. Ce type de batterie au lithium-ion est structuré pour permettre à des courants élevés de circuler, ce qui lui permet de fournir des niveaux de courant très élevés et également d'être chargé rapidement.

Il utilise généralement une structure spinelle tridimensionnelle, c'est-à-dire une structure dans laquelle la structure cristalline dans le système cubique, isométrique, avec les anions oxyde disposés dans un réseau cubique compact. Cette structure améliore le flux d'ions sur l'électrode, augmentant ainsi la capacité de courant et abaissant la résistance interne de la cellule. Une batterie typique de 1500 mAh peut être capable de fournir des courants stables allant jusqu'à 20 A, évidemment pendant une période relativement courte en raison de la capacité globale de la batterie.

La structure de ce type de batterie lithium-ion présente également l'avantage d'améliorer la stabilité thermique et d'améliorer la sécurité de la cellule.

Cependant, l'inconvénient de la cellule est le nombre limité de décharges / cycles de charge ainsi que la durée de vie limitée, c'est-à-dire la dégradation dans le temps depuis la fabrication.

Résumé de l'oxyde de lithium et de manganèse, batterie MNO
AttributDétails
Principales caractéristiquesCapacité de courant élevée pour la charge et la décharge.
Principaux inconvénientsDensité d'énergie inférieure à celle des autres types de batterie lithium-ion, durée de vie à cycle bas et durée de vie calendaire.
Principales applicationsOutils électriques, certains outils médicaux, certains véhicules.
Tension~ 3.70 V nominal
Énergie spécifique100 à 150 Wh / kg
Espérance de vie400 à 750 cycles

Oxyde d'aluminium lithium-nickel-cobalt, NCA

La batterie au lithium-nickel-cobalt à l'oxyde d'aluminium, ou NCA, est un type de batterie li-ion qui est rarement vu dans les applications grand public, mais qui est à l'étude pour l'industrie automobile. Son principal avantage est qu'il a une bonne durée de vie et des chiffres élevés d'énergie et de densité de puissance.

Cependant, ces caractéristiques ont un coût et compte tenu des éléments de sécurité, elles doivent être utilisées avec précaution. Des développements supplémentaires sont également nécessaires pour l'amener à un état où ce type de batterie li-ion peut être plus largement utilisé.

Résumé de l'oxyde d'aluminium lithium-nickel-cobalt, NCA
AttributDétails
Principales caractéristiquesDensité d'énergie élevée, densité de puissance élevée, bonne durée de vie.
Principaux inconvénientsCoût élevé; la sécurité nécessite plus de soin dans la conception et l'utilisation.
Principales applications

Oxyde de lithium-nickel manganèse-cobalt, NMC

Le type de batterie lithium-nickel-manganèse-oxyde de cobalt au lithium utilise une cathode comprenant une combinaison de nickel, de manganèse et de cobalt.

La clé de ce type de batterie lithium-ion est la combinaison de nickel et de manganèse. Le nickel est connu pour son énergie spécifique élevée, mais sa faible stabilité alors que le manganèse offre une faible résistance interne mais au prix d'une faible énergie spécifique. La combinaison des deux dans une cellule de la manière correcte est en mesure de fournir l'équilibre requis des propriétés des deux métaux.

La combinaison de cathodes consiste souvent en une combinaison de nickel, de manganèse et de cobalt en proportions égales dans une combinaison connue sous le nom de 1-1-1. Cette combinaison réduit les coûts en réduisant la teneur en cobalt, tout en conservant certains des paramètres de performance clés.

Une autre combinaison populaire consiste en 5 parties de nickel, 3 parties de cobalt et 2 parties de manganèse (5-3-2).

Le type de batterie lithium-ion NMC peut être optimisé pour une puissance spécifique élevée ou une énergie spécifique élevée. Avec le coût élevé du cobalt, les fabricants tentent de s'éloigner de son utilisation, augmentant souvent l'utilisation du nickel, c'est donc souvent un fait majeur dans le choix de la composition de la batterie.

Résumé de l'oxyde de lithium-nickel manganèse-cobalt, NMC
AttributDétails
Principales caractéristiquesPuissance ou énergie spécifique élevée.
Principaux inconvénientsLa puissance / densité d'énergie n'est pas aussi élevée que certains autres types.
Principales applicationsOutils électriques et véhicules électriques.
Tension3,60 à 3,70 V
Énergie spécifique160 à 230 Wh / kg
Espérance de vie1000 à 2000 cycles.

Ces types de batteries au lithium-ion sont parmi les plus populaires disponibles. Cependant, à mesure que la technologie se développe continuellement, de nouvelles technologies lithium-ion sont toujours en cours de développement et celles qui existent sont en cours de développement. Cela découle des besoins des fabricants d'équipement. La technologie des batteries en général oblige le développement à avancer et des sommes importantes sont investies. En conséquence, il s'agit d'un domaine technologique en évolution particulièrement rapide où des améliorations sont toujours visibles.


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