Que sont les batteries lithium-ion

Les batteries lithium-ion sont un type de batterie très répandu. Leur principal avantage est leur capacité de charge. Grâce à cette caractéristique, on les retrouve aujourd'hui dans la plupart des appareils grand public équipés d'une batterie, comme les téléphones, les véhicules électriques et les voiturettes de golf.

Comment fonctionnent les batteries lithium-ion ?

Les batteries lithium-ion sont constituées d'une ou plusieurs cellules lithium-ion. Elles contiennent également un circuit imprimé de protection pour éviter les surcharges. Les cellules sont appelées batteries lorsqu'elles sont installées dans un boîtier muni d'un circuit imprimé de protection.

Les batteries lithium-ion sont-elles les mêmes que les batteries au lithium ?

Non. Une batterie au lithium et une batterie lithium-ion sont très différentes. La principale différence réside dans le fait que ces dernières sont rechargeables. Une autre différence majeure réside dans leur durée de vie. Une batterie au lithium peut durer jusqu'à 12 ans sans utilisation, tandis que les batteries lithium-ion ont une durée de vie allant jusqu'à 3 ans.

Quels sont les principaux composants des batteries lithium-ion

Les cellules lithium-ion sont constituées de quatre composants principaux :

Anode

L'anode permet le transfert de l'électricité de la batterie vers un circuit externe. Elle stocke également les ions lithium lors de la charge de la batterie.

Cathode

La cathode détermine la capacité et la tension de la cellule. Elle produit des ions lithium lors de la décharge de la batterie.

Électrolyte

L'électrolyte est un matériau qui sert de conduit aux ions lithium pour circuler entre la cathode et l'anode. Il est composé de sels, d'additifs et de divers solvants.

Le séparateur

La dernière pièce d'une cellule lithium-ion est le séparateur. Il agit comme une barrière physique pour séparer la cathode de l'anode.

Les batteries lithium-ion fonctionnent en déplaçant les ions lithium de la cathode vers l'anode et vice versa via l'électrolyte. Lors de leur déplacement, les ions activent les électrons libres de l'anode, créant une charge au niveau du collecteur de courant positif. Ces électrons traversent l'appareil, un téléphone ou une voiturette de golf, jusqu'au collecteur négatif, puis retournent à la cathode. La libre circulation des électrons à l'intérieur de la batterie est entravée par le séparateur, qui les force à se diriger vers les contacts.

Lors de la charge d'une batterie lithium-ion, la cathode libère des ions lithium qui se déplacent vers l'anode. Lors de la décharge, les ions lithium se déplacent de l'anode vers la cathode, générant ainsi un flux de courant.

Quand les batteries lithium-ion ont-elles été inventées ?

Les batteries lithium-ion ont été conçues dans les années 70 par le chimiste anglais Stanley Whittingham. Au cours de ses expériences, les scientifiques ont étudié différentes chimies pour créer une batterie auto-rechargeable. Leur premier essai impliquait du disulfure de titane et du lithium comme électrodes. Cependant, les batteries entraînaient des courts-circuits et une explosion.

Dans les années 80, un autre scientifique, John B. Goodenough, a relevé le défi. Peu après, Akira Yoshino, un chimiste japonais, a commencé à étudier cette technologie. Yoshino et Goodenough ont prouvé que le lithium métallique était la principale cause des explosions.

Dans les années 90, la technologie lithium-ion a commencé à gagner du terrain et est rapidement devenue une source d'énergie populaire à la fin de la décennie. C'était la première fois que Sony commercialisait cette technologie. Le piètre bilan des batteries au lithium en matière de sécurité a motivé le développement des batteries lithium-ion.

Bien que les batteries au lithium puissent contenir une densité énergétique plus élevée, elles présentent des risques lors de la charge et de la décharge. En revanche, les batteries lithium-ion peuvent être chargées et déchargées en toute sécurité si les utilisateurs respectent les consignes de sécurité de base.

Quelle est la meilleure chimie lithium-ion ?

Il existe de nombreux types de batteries lithium-ion. Les plus courantes sont :

Titanate de lithium
Oxyde de lithium, nickel, cobalt et aluminium
Oxyde de lithium, nickel, manganèse et cobalt
Oxyde de lithium et de manganèse (LMO)
Oxyde de lithium et de cobalt
Phosphate de fer et de lithium (LiFePO4)

Il existe de nombreux types de chimies pour les batteries lithium-ion. Chacune présente des avantages et des inconvénients. Cependant, certaines ne conviennent qu'à des cas d'utilisation spécifiques. Le choix dépendra donc de vos besoins en énergie, de votre budget, de votre tolérance en matière de sécurité et de votre cas d'utilisation spécifique.

Cependant, les batteries LiFePO4 constituent l'option la plus répandue sur le marché. Elles contiennent une électrode en carbone graphite, qui sert d'anode, et du phosphate, qui sert de cathode. Leur durée de vie est longue, jusqu'à 10 000 cycles.

De plus, elles offrent une excellente stabilité thermique et peuvent supporter en toute sécurité de brèves surtensions. Les batteries LiFePO4 sont conçues pour un seuil d'emballement thermique allant jusqu'à 260 °C (510 °F), le plus élevé de tous les types de batteries lithium-ion disponibles sur le marché.

Avantages des batteries LiFePO4

Comparées aux batteries plomb-acide et autres batteries au lithium, les batteries lithium-fer-phosphate présentent un avantage considérable : elles se chargent et se déchargent efficacement, durent plus longtemps et peuvent fonctionner en profondeur.cléSans perte de capacité. Ces avantages permettent de réaliser d'importantes économies tout au long de leur durée de vie par rapport aux autres types de batteries. Voici un aperçu des avantages spécifiques de ces batteries pour les véhicules à faible vitesse et les équipements industriels.

Batterie LiFePO4 dans les véhicules à basse vitesse

Les véhicules électriques à basse vitesse (VLE) sont des véhicules à quatre roues pesant moins de 1360 kg. Alimentés par des batteries électriques, ils constituent un choix populaire pour les voiturettes de golf et autres usages récréatifs.

Lors du choix de la batterie de votre véhicule électrique, la longévité est un critère essentiel. Par exemple, les voiturettes de golf à batterie doivent avoir suffisamment d'énergie pour parcourir un parcours de golf de 18 trous sans avoir à les recharger.

Un autre point important à prendre en compte est le calendrier d'entretien. Une bonne batterie ne nécessite aucun entretien pour vous garantir un plaisir maximal lors de vos loisirs.

La batterie doit également pouvoir fonctionner dans des conditions météorologiques variées. Par exemple, elle doit vous permettre de jouer au golf aussi bien en été qu'en automne, lorsque les températures baissent.

Une bonne batterie doit également être dotée d’un système de contrôle qui garantit qu’elle ne surchauffe pas ou ne refroidit pas trop, ce qui dégraderait sa capacité.

ROYPOW est l'une des meilleures marques répondant à toutes ces exigences fondamentales. Sa gamme de batteries au lithium LiFePO4 est conçue pour des températures allant de -15 °C à 54 °C. Ces batteries sont dotées d'un système de gestion de batterie intégré et sont extrêmement faciles à installer.

Applications industrielles des batteries lithium-ion

Les batteries lithium-ion sont une option populaire dans les applications industrielles. La chimie la plus couramment utilisée est celle des batteries LiFePO4. Parmi les équipements les plus courants pour ces batteries, on trouve :

Chariots élévateurs pour allées étroites
Chariots élévateurs à contrepoids
Chariots élévateurs à 3 roues
Gerbeurs à conducteur marchant
Cavaliers d'extrémité et du centre

La popularité croissante des batteries lithium-ion dans les environnements industriels s'explique par de nombreuses raisons. Les principales sont :

Grande capacité et longévité

Les batteries lithium-ion offrent une densité énergétique et une longévité supérieures à celles des batteries plomb-acide. Elles peuvent peser un tiers du poids total tout en offrant la même puissance.

Leur durée de vie constitue un autre avantage majeur. Pour une exploitation industrielle, l'objectif est de minimiser les coûts récurrents à court terme. Grâce aux batteries lithium-ion, les batteries de chariots élévateurs peuvent durer trois fois plus longtemps, ce qui permet de réaliser d'importantes économies à long terme.

Elles peuvent également fonctionner à une profondeur de décharge plus importante, jusqu'à 80 %, sans impact sur leur capacité. Cela présente un autre avantage : le gain de temps. Les opérations ne nécessitent pas d'interruption en cours de route pour remplacer les batteries, ce qui peut représenter des milliers d'heures de travail économisées sur une période suffisamment longue.

Chargement à grande vitesse

Avec les batteries plomb-acide industrielles, le temps de charge normal est d'environ huit heures. Cela équivaut à une période de travail de huit heures pendant laquelle la batterie est inutilisable. Par conséquent, le responsable doit tenir compte de ce temps d'arrêt et acheter des batteries supplémentaires.

Avec les batteries LiFePO4, ce n'est pas un problème. Un bon exemple estBatteries au lithium industrielles LifePO4 ROYPOW, qui se chargent quatre fois plus vite que les batteries au plomb. Un autre avantage est leur capacité à rester efficaces pendant la décharge. Les batteries au plomb subissent souvent un ralentissement de leurs performances lors de la décharge.

La gamme de batteries industrielles ROYPOW ne présente aucun problème de mémoire grâce à un système de gestion de batterie efficace. Les batteries plomb-acide souffrent souvent de ce problème, ce qui peut les empêcher d'atteindre leur pleine capacité.

Avec le temps, cela provoque une sulfatation, ce qui peut réduire de moitié leur durée de vie déjà courte. Ce problème survient souvent lorsque les batteries au plomb sont stockées sans être complètement chargées. Les batteries au lithium peuvent être rechargées à intervalles courts et stockées à n'importe quelle capacité supérieure à zéro sans problème.

Sécurité et manipulation

Les batteries LiFePO4 présentent un avantage considérable en milieu industriel. Tout d'abord, elles présentent une excellente stabilité thermique. Elles peuvent fonctionner à des températures allant jusqu'à 54 °C sans subir de dommages. À une température similaire, les batteries au plomb perdraient jusqu'à 80 % de leur durée de vie.

Un autre problème est le poids des batteries. À capacité similaire, les batteries plomb-acide pèsent nettement plus lourd. De ce fait, elles nécessitent souvent un équipement spécifique et un temps d'installation plus long, ce qui peut réduire le temps de travail.

Un autre problème concerne la sécurité des travailleurs. En général, les batteries LiFePO4 sont plus sûres que les batteries au plomb. Selon les directives de l'OSHA, les batteries au plomb doivent être stockées dans un local spécial équipé d'équipements conçus pour éliminer les vapeurs dangereuses. Cela engendre des coûts et une complexité supplémentaires pour les opérations industrielles.

Conclusion

Les batteries lithium-ion présentent un avantage certain en milieu industriel et pour les véhicules électriques à faible vitesse. Leur durée de vie est plus longue, ce qui permet aux utilisateurs de réaliser des économies. De plus, elles ne nécessitent aucun entretien, ce qui est particulièrement important dans un environnement industriel où la réduction des coûts est primordiale.