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. L'absence de technologie de batterie fiable compromet de nombreuses avancées en matière de mobilité, de connectivité et d'intervention d'urgence.
Une batterie est, dans sa forme la plus simple, un dispositif qui stocke chimiquement l'énergie et la convertit en énergie électrique. Elle peut être aussi simple qu'une simple cellule électrochimique ou aussi complexe qu'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 Lithium Ion. Jetons un bref coup d’œil à l’histoire de chacun.
- Batteries au plomb-acide
Les batteries plomb-acide, officiellement introduites au XIXe siècle, sont devenues l'une des technologies de batteries les plus utilisées et reconnues au monde. Grâce à leurs faibles coûts de production, à l'accessibilité des matières premières, à leurs excellentes performances et à leur longue durée de vie, elles représentent actuellement environ 1800 à 40 % du marché mondial des batteries. Leur utilisation pour le démarrage des automobiles, camions, motos et VTT est courante.
- 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 extrêmement élevés. Le nickel et le cadmium étant classés comme matières dangereuses, il est important de se débarrasser des batteries Ni-Cd de manière responsable. De nombreux pays imposent le recyclage des batteries Ni-Cd afin d'éviter que le cadmium ne contamine les décharges. Les consommateurs et les entreprises doivent se débarrasser des batteries Ni-Cd dans les centres de recyclage prévus à cet effet.
- Piles NiMH
Les batteries nickel-hydrure métallique (NiMH) sont apparues au début des années 1990 et se sont développées comme une alternative plus efficace et plus écologique aux batteries nickel-cadmium (Ni-Cd). Avec une tension de cellule de 1.2 VCC, 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 possédant des propriétés uniques adaptées à différentes applications. Ces différences s'expliquent par le choix des matériaux des électrodes positives et négatives et par le mode de transfert des ions lithium 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, encore jeune dans son cycle de vie, mais déjà largement adoptée. Avec la baisse des coûts et l'amélioration des performances, le Li-Ion étend son rôle dans l'électronique grand public, les véhicules électriques et le stockage d'énergie à grande échelle. Grâce aux innovations constantes en matière de chimie et de conception Li-Ion, ces batteries ont le potentiel de répondre aux besoins futurs de divers secteurs tout en favorisant la transition vers des solutions énergétiques plus durables. En tant que leader 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 des applications industrielles, militaires et grand public. Elles se distinguent par leur longue durée de vie, leur faible entretien et leur densité énergétique élevée. Certaines batteries au lithium primaire conservent 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 pouvant atteindre 70 °C, ce qui est avantageux 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 des cellules secondaires, ce qui signifie qu'elles sont rechargeables. Cependant, il existe aussi des cellules primaires au lithium, à usage unique. Tenter de recharger des cellules primaires au lithium est extrêmement dangereux, car cela peut entraîner une surchauffe, un gonflement, voire une explosion. En cas de doute sur la recharge 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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