Les batteries lithium-ion sont devenues un élément essentiel de la vie moderne, alimentant silencieusement les appareils et outils dont nous avons besoin au quotidien. Dans un monde sans technologie de batterie fiable, bon nombre de nos avancées en matière de mobilité, de connectivité et même d’intervention d’urgence seraient considérablement entravées.
Une batterie est, dans sa forme la plus simple, un dispositif qui stocke chimiquement l'énergie, ce qui permet de la convertir en énergie électrique en cas de besoin. Il peut s'agir d'une simple cellule électrochimique ou d'une série de cellules fonctionnant en tandem pour fournir des tensions plus élevées ou des capacités plus importantes.
Une brève histoire des batteries lithium-ion rechargeables
Les chimies des batteries lithium-ion rechargeables ont évolué, avec quatre types principaux qui ont chacun apporté des avancées distinctes et permis de nouvelles applications : Plomb-acide, Nickel-Cadmium (Ni-Cd), Hydrure métallique de nickel (Ni-MH)et les attaches Lithium Ion. Jetons un bref coup d’œil à l’histoire de chacun.
- Batteries au plomb-acide
Les batteries au plomb-acide, officiellement introduites dans les années 1800, sont devenues l'une des compositions chimiques de batterie les plus utilisées et les plus reconnues au monde. En raison de leurs faibles coûts de production, de leurs matières premières abordables, de leurs performances élevées et de leur longue durée de vie, elles représentent actuellement environ 40 à 45 % du marché mondial des batteries. Les batteries au plomb-acide sont largement utilisées pour démarrer les automobiles, les camions, les motos et les VTT.
- Piles NiCd
Les batteries au nickel-cadmium (Ni-Cd), créées et brevetées par Waldemar Jungner en 1899, sont depuis longtemps une technologie de batterie rechargeable fiable et bien étudiée. Leurs propriétés uniques, telles qu'une faible résistance interne et la capacité à fournir des courants de pointe élevés, en font des batteries de choix dans plusieurs produits grand public, applications commerciales et industrielles, en raison de leur résistance interne relativement faible et de leur capacité à fournir des courants de décharge de surtension extrêmement élevés. Le nickel et le cadmium étant classés comme matières dangereuses, les batteries Ni-Cd doivent être éliminées de manière responsable. De nombreux pays ont des réglementations exigeant le recyclage des batteries Ni-Cd pour empêcher le cadmium de contaminer les décharges. Les consommateurs et les entreprises sont encouragés à éliminer les batteries Ni-Cd dans des centres de recyclage désignés.
- Piles NiMH
Les batteries nickel-hydrure métallique (NiMH) sont apparues au début des années 1990 et ont été développées comme une alternative plus efficace et plus respectueuse de l'environnement aux batteries nickel-cadmium (Ni-Cd). Avec une tension de cellule de 1.2 VDC, identique à celle des batteries Ni-Cd, les batteries NiMH peuvent remplacer directement les batteries Ni-Cd dans de nombreuses applications sans aucune modification des appareils existants. Cette compatibilité, associée à leur densité énergétique plus élevée et à leur impact environnemental réduit, a permis aux batteries NiMH de dominer l'électronique grand public, surpassant largement les batteries Ni-Cd.
- Batteries au lithium-ion
Les batteries lithium-ion (Li-Ion) sont devenues la technologie dominante dans l'électronique portable, alimentant tout, des smartphones et ordinateurs portables aux montres connectées et aux stylos à vapotage. Apparues au milieu des années 1990, les batteries Li-Ion ont rapidement dépassé les batteries nickel-hydrure métallique (NiMH) comme premier choix pour les appareils mobiles en raison de leur densité énergétique supérieure, de leur structure légère et de leur capacité de recharge.
Le terme « batterie lithium-ion » englobe en réalité une variété de compositions chimiques, chacune dotée de propriétés uniques adaptées à différentes applications. Ces différences sont dues au choix des matériaux des électrodes positives et négatives et à la manière dont les ions lithium se transfèrent à travers l'électrolyte non aqueux. Cette gamme permet de personnaliser des attributs tels que la densité énergétique, la sécurité et la vitesse de charge.
Comment définir une batterie lithium-ion ?
Les batteries lithium-ion (Li-Ion) sont devenues le choix de prédilection pour l'électronique grand public en raison de leur densité énergétique élevée, de leurs tensions de cellule modérées à élevées et de leur légèreté par rapport aux batteries plus anciennes comme le plomb-acide, le nickel-cadmium (Ni-Cd) et le nickel-hydrure métallique (NiMH). Cette technologie est également à la base d'innovations modernes comme le Miroir de salle de bain à LED.
Les batteries Li-Ion représentent une technologie transformatrice qui en est encore au début de son cycle de vie mais qui est déjà largement adoptée. Alors que les coûts continuent de baisser et que les performances s'améliorent, les batteries Li-Ion sont prêtes à étendre leur rôle dans l'électronique grand public, les véhicules électriques et le stockage d'énergie à grande échelle. Compte tenu de l'innovation continue dans la chimie et la conception des batteries Li-Ion, ces batteries ont le potentiel de répondre aux demandes futures de divers secteurs tout en soutenant une transition vers des solutions énergétiques plus durables. cfabricant de packs de batteries personnalisés, CMB est fier d’être un pionnier des solutions énergétiques du futur.
Piles au lithium primaires non rechargeables
Les batteries au lithium primaire sont utilisées depuis les années 1970, principalement pour répondre aux besoins en énergie portable dans les applications industrielles, militaires et grand public. Elles sont particulièrement appréciées pour leur longue durée de vie, leur faible entretien et leur densité énergétique élevée. Certaines batteries au lithium primaire peuvent conserver leur capacité jusqu'à 10 à 20 ans, ce qui en fait une source d'alimentation de secours fiable. Ces batteries peuvent également supporter un stockage à des températures élevées, certains types tolérant jusqu'à 70 °C, ce qui est bénéfique dans les environnements soumis à des conditions extrêmes.
Les batteries au lithium de base les plus populaires sur le marché sont le lithium désulfaté (LiFeS2) et le dioxyde de lithium et de manganèse (LiMnO2).
Types de batteries lithium-ion
Les batteries au lithium rechargeables se répartissent en deux catégories principales : les batteries au lithium métal et les batteries lithium-ion (Li-Ion).
Le lithium réagit avec l'électrolyte d'une batterie au lithium métal, provoquant le développement de dendrites à la surface de l'électrode.
La deuxième forme de batterie au lithium rechargeable est connue sous le nom de batterie lithium-ion. La borne négative d'une batterie Li-Ion est constituée d'une substance à base de carbone telle que le graphite. La borne peut être constituée de n'importe quel type d'alliage ou de substance à condition qu'elle permette l'interconnectivité grâce au stockage du lithium dans sa structure.
FAQ sur les batteries lithium-ion rechargeables
Q : Pourquoi utilisent-ils du lithium dans leurs batteries ?
R : Le lithium est largement utilisé dans les batteries en raison de ses propriétés uniques qui contribuent à des systèmes de batteries efficaces et performants.
Q: Quelle est la durée de vie d'une batterie lithium-ion en stockage ?
R : Les batteries lithium-ion ont généralement une durée de vie de 3 à 6 ans en stockage, selon les conditions de stockage et la composition chimique spécifique de la batterie. L'autodécharge, qui entraîne une perte de capacité au fil du temps, se produit à un rythme de 2 à 5 % par mois.
Q : Toutes les cellules lithium-ion sont-elles rechargeables ?
R : Toutes les cellules au lithium ne sont pas rechargeables. Les batteries lithium-ion sont en effet des cellules secondaires, ce qui signifie qu'elles sont rechargeables. Cependant, il existe également des cellules primaires au lithium, qui sont conçues pour un usage unique et ne doivent jamais être rechargées. Tenter de recharger des cellules primaires au lithium est extrêmement dangereux, car cela peut entraîner une surchauffe, un gonflement et même une explosion. En cas de doute sur la nature rechargeable d'une cellule au lithium, il est essentiel de vérifier les spécifications fournies par le fabricant.
Q : Quelle est la différence entre Li-Ion et LiPo/Lithium Polymère ?
R : Le Li-Ion est idéal pour les applications privilégiant la densité énergétique et la durée de vie du cycle, tandis que le LiPo est souvent le choix pour les applications nécessitant une flexibilité de forme, une décharge plus sûre à des taux élevés et une résilience dans des environnements hautes performances.
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