Pro Lithium va aborder la question des voitures électriques et hybrides sur les avantages mais aussi les inconvénients qu’elles ont. Avec les coûts d’essence qui augmentent, ces voitures deviennent de plus en plus attractives par leurs coûts d’utilisation comparés à celles du gazole ou super sans-plomb.
En fonction des caractéristiques de la batterie la voiture va voir ses performances réduire ou augmenter avec comme principaux critères : le poids, la durée de vie, l’autonomie et ses performances.
Comprendre de quelle batterie nous parlons permet de différencier le type de batteries lithium mais aussi les avantages et inconvénients
Type batterie | Densité Energetique | Densité de puissance | Stabilité | Tolérance températures | Durée de vie | Coût | Moyenne |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (Composant) | Kwh/Kg | Kw/Kg | Fiablité / Sécurité | Résistance Temp / Hum | Années | Kw | Performance |
| LiCoO2 - Dioxyde de Cobalt de Lithium | 8/10
| 4/10
| 4/10
| 6/10
| 4/10
| 6/10
| 5.33/10
|
| NMC - Lithium Nickel Cobalt Manganèse | 8/10
| 6/10
| 6/10
| 6/10
| 6/10
| 6/10
| 6.33/10
|
| LFP - Lithium Fer Phosphate LifePo4 | 4/10
| 8/10
| 8/10
| 8/10
| 8/10
| 8/10
| 7.33/10
|
| NCA - Lithium oxyde d\'Aluminium Nickel Cobalt | 8/10
| 6/10
| 4/10
| 6/10
| 6/10
| 4/10
| 5.66/10
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| LMO - Lithium ion oxyde de manganèse | 6/10
| 6/10
| 6/10
| 4/10
| 4/10
| 6/10
| 5.33/10
|
| LTO - Titanate de Lithium Li4Ti2O12 | 4/10
| 6/10
| 8/10
| 8/10
| 8/10
| 2/10
| 6/10
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Type de batterie Lithium (Chimie)
Passons à présent aux différentes technologies présentes sur le marché NMC – LFP – LTO – NCA – LiCoO2 – LMO
Batterie Lithium-ion et Lithium les différences ?!
Dans les batteries lithium ion nous intégrons les batteries lithium Li-ion. Il s’agit exactement de la même chose « Li-on=Li+ ». Par contre quand le nom mentionné est uniquement Lithium, il s’agit de batteries lithium métal. Les batteries Lithium-ion est ce que nous utilisons principalement sur le marché en 2023. Le lithium est présent sur les ions qui se déplace du négatif (-) au positif (+) pour la décharge ou inversement du + au – pour la recharge par l’électrolyte. Les ions sont de ce fait présent sur les cathodes, anode (le plus souvent graphite) et dans l’électrolyte. Les ions sont présents dans l’électrolyte quand ils passent d’une électrode à une autre.
Une batterie lithium métal a une anode (-) en métal lithium neutre avec 3 protons, un noyau et 3 électrons (-) avec des ions Lithium entre les électrodes.
Les Lithium-ion utilise et deviennent du Lithium Ionisé (Li+) passant du positif à négatif et inversement alors que le lithium métal rajoute une anode (électrode négative) et pas du graphite comme nous pouvons trouver dans du Lithium-Ion
Une batterie LiCoO2 (LCO/LICO) dioxyde de cobalt de Lithium est l’une des premières batteries à être commercialiser qui exploite les atomes ionisés avec une anode (-) en graphite avec des couches de carbone superposées. Sa durée de vie courtes et une charge plutôt lente la fait devenir une batterie moins intéressante sur le marché.
Son prix de revient relativement faible en fait une batterie bon marché principalement utilisée dans les téléphones portables.
Une fois chargé côté positif cathode, nous avons le dioxyde de cobalt CoO2 et négatif coté cathode nous avons dû graphite de Lithium LIC.
La durée de vie de la cellule est d’environ 800 cycles avec une tension de 3.6V – Densité énergétique environ 200Wh / Kg
Les batteries LifePo4 (LFP) sont des batteries lithium à coûts de production peu importants comparés à la plupart des autres modèles souvent utilisées dans l’industrie, les batteries stationnaires mais aussi de plus en plus pour l’automobile par des marques comme Tesla et BYD.
Ce sont des batteries qui remplacent facilement les anciennes batteries Plomb.
Les cellules LFP sont connus pour être robustes et ne pas aimer les températures d’utilisations basses en dessous de 15°C. Sa stabilité thermique et le fait qu’elle n’utilise pas de cobalt et nickel lui donne un intérêt grandissant pour les utilisateurs de batteries lithium. Son nombre de cycles d’utilisation de plus de 5000 lui permet de durer dans le temps.
En inconvénient sa densité énergétique est d’environ 15% inférieur à la moyenne et de ce fait plus lourde et encombrante.
La batterie Lithium LFP LifePo4 positif coté cathode nous avons du phosphate de fer et côté négatif du graphite de Lithium (anode LIC).
Le cycle de vie d’une cellule LifePo4 (LFP) peut être de plus de 5000 cycles charges/décharges pour une tension par cellule de 3.2V avec une densité énergétique de 100/110 Wh Kg. Sa résistance thermique peut aller jusqu’à 250°C.
Les batteries Lithium de type NMC (Nickel Manganèse Cobalt) sont les batteries qui reste le plus répandu pour les voitures électriques sur le marché Européen.
Exploitant le Lithium-ion chimiquement en rappelle par obtention de l’électron sur l’atome de Lithium devenu positif il devient ionisé. Ion positif appelé Cation et l’opposé d’un ion négatif appelé anion. Du côté positif « cathode/Lithium » nous avons du Nickel, Manganèse, Cobalt d’ où son appellation NMC (initiale de ses 3 matières)
Les cellules NMC sont très performantes d’où leurs utilisations dans les véhicules électriques et hybrides. Cependant, elles supportent moins les températures élevées et sont plus facilement instable à l’utilisation. La densité énergétique est très bonne et le nombre de cycles réalisables dans la durée de vie d’une cellule est au-dessus de la moyenne.
Côté positif cathode batterie chargée nous avons du Nickel, Manganèse et Cobalt (NiMnCoO2) et du côté négatif anode nous avons dû Lithium de graphite (LIC)
Le cycle de vie d’une cellule NMC peut être entre 1500 et 2000 cycles de charges et décharges pour une tension par cellule de 3.6V et une densité énergétique d’environ 200 Wh par Kg.
Les batteries lithium Manganèse LiMn204 (MVO) ont une cathode pôle positif fait de Manganèse et négatif côté anode en graphite. Comme la plupart des autres cellules lithium les ions Lithiums ne vont pas d’une électrode à l’autre par la membrane séparatrice. Sa stabilité thermique lui permet d’être rechargée rapidement avec une décharge pouvant être rapide (Ah) et rester stable (idéal pour une utilisation à haute intensité).
Sa durée de vie limitée est son principal défaut.
Les batteries de Manganèse une fois chargées côté positif (cathode) on y trouve du Manganèse (Mn204) et côté négatif (anode) du graphite de lithium (LIC)
Le cycle de la cellule lithium LiMn204 (MVO) est d’environ de 600 entre les charges et les décharges pour une cellule de 3.6V avec une densité énergétique d’au moins 140Wh par Kg. Les cellules peuvent résister jusqu’à une température de 250°C ce qui est plutôt élevée.
Les batteries Lithium NCA Nickel, Cobalt, Oxyde d’aluminium nommées aussi LiNiCoAIO2 ne sont pas bons marchés et sont sensibles aux températures élevées ce qui nécessite des charges et décharges lentes pour une durée de vie limitée.
La densité énergétique très bonne en fait un atout pour son utilisation.
La batterie chargée côté positif cathode se retrouve avec de l’oxyde d’aluminium, du nickel et Cobalt alors que du côté négatif anode nous retrouvons du graphite de Lithium (LIC).
Le cycle de vie d’une cellule NCA Lithium se situe aux alentours de 500 cycles comprenant les charges et décharges pour une tension de cellule de 3.6V avec une densité énergétique importante de 280 Wh par Kg.
Les cellules NCA lithium peuvent résister jusqu’à une température de 150 degrés.
Les batteries Lithium LTO (Titanate de Lithium) Li4Ti2012 n’est pas constitué coté anode (négatif) de graphite ce qui améliore la sécurité de feu et de risque de départ de feu. Le fait de ne pas avoir de graphite augmente le rendement d’environ 10 fois sur la rapidité de la charge.
N’ayant pas de couche SEI se formant sur l’anode, sa durée de vie est augmentée car la couche SEI sur les batteries Lithium-ion a pour effet d’obstruer l’anode réduisant le passage des ions Lithium
.
Des substituts du lithium-ion peuvent être ainsi utilisés permettant de changer considérablement les caractéristiques des cellules comme il est possible de trouver sur le marché MVO ou NMC sont des bons exemples.
Les batteries LMP – Lithium Métal Polymère sont des batteries qui ont l’électrolyte sous forme de gel pour améliorer les résistances aux chocs et vibrations mais limitant à environ 300 cycles charges/décharge la batteries Lithium.
La batterie fonctionne à une température ambiante d’au moins 60°C à 80°C pour maintenir sa durée de vie et son fonctionnement correct. Vite abandonné par les constructeurs automobiles comme Autolib qui demandait que les voitures soient branchées constamment pour maintenir la température des batteries.