Que sont les batteries lithium-ion ?

Les batteries lithium-ion sont un type de batterie très répandu. Leur principal avantage réside dans leur capacité à être rechargeables. C'est pourquoi on les retrouve dans la plupart des appareils grand public actuels fonctionnant sur batterie, comme les téléphones, les véhicules électriques et les voiturettes de golf électriques.

Comment fonctionnent les batteries lithium-ion ?

Les batteries lithium-ion sont composées d'une ou plusieurs cellules lithium-ion. Elles contiennent également un circuit imprimé de protection pour éviter la surcharge. Une fois installées dans un boîtier muni d'un circuit imprimé de protection, les cellules sont appelées batteries.

Les batteries lithium-ion sont-elles identiques aux batteries au lithium ?

Non. Une batterie au lithium et une batterie lithium-ion sont très différentes. La principale différence réside dans le fait que les batteries lithium-ion sont rechargeables. Autre différence majeure : leur durée de vie. Une batterie au lithium peut se conserver jusqu’à 12 ans sans être utilisée, tandis que les batteries lithium-ion ont une durée de vie maximale de 3 ans.

Quels sont les principaux composants des batteries lithium-ion ?

Les cellules lithium-ion comportent quatre composants principaux :

Anode

L'anode permet le passage du courant électrique de la batterie vers un circuit externe. Elle sert également à stocker les ions lithium lors de la charge de la batterie.

Cathode

C'est la cathode qui 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 conducteur aux ions lithium pour se déplacer entre la cathode et l'anode. Il est composé de sels, d'additifs et de divers solvants.

Le séparateur

Le dernier élément d'une cellule lithium-ion est le séparateur. Il sert de barrière physique pour maintenir la cathode et l'anode séparées.

Les batteries lithium-ion fonctionnent grâce au déplacement d'ions lithium entre la cathode et l'anode, et inversement, via l'électrolyte. Ce déplacement active les électrons libres de l'anode, créant ainsi une charge au niveau du collecteur de courant positif. Ces électrons circulent ensuite à travers l'appareil (téléphone, voiturette de golf, etc.) jusqu'au collecteur négatif, puis retournent à la cathode. Le séparateur empêche la libre circulation des électrons à l'intérieur de la batterie, les forçant 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, ce qui génère un courant électrique.

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

Les batteries lithium-ion ont été inventées dans les années 1970 par le chimiste anglais Stanley Whittingham. Au cours de ses expériences, les scientifiques ont exploré différentes compositions chimiques pour créer une batterie auto-rechargeable. Son premier essai utilisait du disulfure de titane et du lithium comme électrodes. Cependant, ces batteries provoquaient des courts-circuits et explosaient.

Dans les années 80, un autre scientifique, John B. Goodenough, releva le défi. Peu après, Akira Yoshino, un chimiste japonais, entreprit des recherches sur cette technologie. Yoshino et Goodenough démontrèrent que le lithium métallique était la principale cause des explosions.

Dans les années 90, la technologie lithium-ion a commencé à s'imposer, devenant rapidement une source d'énergie populaire à la fin de la décennie. C'était la première fois que Sony commercialisait cette technologie. Les problèmes de sécurité rencontrés avec les batteries au lithium ont incité au développement des batteries lithium-ion.

Bien que les batteries au lithium offrent une densité énergétique supérieure, leur charge et leur décharge présentent des risques. En revanche, les batteries lithium-ion sont relativement sûres à charger et à décharger lorsque les consignes de sécurité de base sont respectées.

Quelle est la meilleure chimie des ions lithium ?

Il existe de nombreux types de chimie pour les batteries lithium-ion. Les plus courantes sur le marché sont :

titanate de lithium
Oxyde de lithium, nickel, cobalt et aluminium
Oxyde de lithium, nickel, manganèse et cobalt
Oxyde de lithium-manganèse (LMO)
Oxyde de lithium-cobalt
Phosphate de fer lithié (LiFePO4)

Il existe de nombreuses technologies pour les batteries lithium-ion. Chacune présente des avantages et des inconvénients. Cependant, certaines ne conviennent qu'à des usages spécifiques. Par conséquent, le choix du type de batterie dépendra de vos besoins en énergie, de votre budget, des exigences de sécurité et de l'utilisation prévue.

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

De plus, elles offrent une excellente stabilité thermique et peuvent supporter sans problème les pics de consommation ponctuels. Les batteries LiFePO4 sont conçues pour résister à une température d'emballement thermique allant jusqu'à 510 degrés Fahrenheit, la plus élevée de toutes les batteries lithium-ion disponibles sur le marché.

Avantages des batteries LiFePO4

Comparées aux batteries au plomb 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 supporter des cycles de charge/décharge profonds.clésans perte de capacité. Ces avantages permettent de réaliser d'importantes économies sur leur durée de vie par rapport à d'autres types de batteries. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des avantages spécifiques de ces batteries pour les véhicules à basse vitesse et les équipements industriels.

Batterie LiFePO4 dans les véhicules à basse vitesse

Les véhicules électriques à basse vitesse (LEV) sont des véhicules à quatre roues pesant moins de 1 360 kg (3 000 livres). Alimentés par des batteries électriques, ils sont souvent utilisés comme voiturettes de golf et pour d’autres applications récréatives.

Lors du choix de la batterie de votre véhicule électrique léger, l'un des critères les plus importants est l'autonomie. Par exemple, les voiturettes de golf électriques doivent avoir une puissance suffisante pour parcourir un parcours de 18 trous sans avoir besoin d'être rechargées.

Un autre point important à prendre en compte est le calendrier d'entretien. Une bonne batterie ne devrait nécessiter aucun entretien afin de vous permettre de profiter pleinement de votre activité de loisirs.

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

Une bonne batterie doit également être équipée d'un système de contrôle qui empêche la surchauffe ou le refroidissement excessif, ce qui dégraderait sa capacité.

ROYPOW est l'une des meilleures marques répondant à toutes ces exigences essentielles. Sa gamme de batteries au lithium LiFePO4 est conçue pour des températures de fonctionnement allant de -15 °C à 55 °C. Ces batteries sont dotées d'un système de gestion intégré et sont extrêmement faciles à installer.

Applications industrielles des batteries lithium-ion

Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans les applications industrielles. La technologie la plus courante est celle des batteries LiFePO4. Voici quelques exemples d'équipements utilisant ces batteries :

Chariots élévateurs à allées étroites
Chariots élévateurs à contrepoids
Chariots élévateurs à 3 roues
Empileurs ambulants
cavaliers d'extrémité et de centre

Les batteries lithium-ion gagnent en popularité dans le secteur industriel pour de nombreuses raisons. Les principales sont :

Haute capacité et longévité

Les batteries lithium-ion offrent une densité énergétique et une durée de vie supérieures aux batteries au plomb. Elles peuvent peser trois fois moins et fournir la même puissance.

Leur durée de vie constitue un autre atout majeur. Dans le secteur industriel, l'objectif est de minimiser les coûts récurrents à court terme. Grâce aux batteries lithium-ion, les batteries des chariots élévateurs peuvent durer trois fois plus longtemps, ce qui engendre des économies considérables à long terme.

Elles peuvent également fonctionner à une profondeur de décharge plus importante, jusqu'à 80 %, sans incidence sur leur capacité. Ceci représente un gain de temps considérable. Les opérations n'ont plus besoin d'être interrompues pour remplacer les batteries, ce qui peut permettre d'économiser des milliers d'heures de travail sur une période suffisamment longue.

Recharge à haute vitesse

Les batteries industrielles au plomb-acide nécessitent un temps de charge normal d'environ huit heures. Cela correspond à une indisponibilité de la batterie pendant un poste de travail complet de huit heures. Par conséquent, un responsable doit anticiper ce temps d'arrêt et prévoir l'achat de batteries supplémentaires.

Avec les batteries LiFePO4, ce n'est pas un problème. Un bon exemple en est leBatteries au lithium industrielles ROYPOW LifePO4Ces batteries se rechargent quatre fois plus vite que les batteries au plomb. Autre avantage : elles conservent leur efficacité même lors de la décharge. Les batteries au plomb subissent souvent une perte de performance pendant cette phase.

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

Avec le temps, cela provoque une sulfatation, 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, quant à elles, peuvent être chargées par intervalles réguliers et stockées à n'importe quelle capacité supérieure à zéro sans aucun problème.

Sécurité et manutention

Les batteries LiFePO4 présentent un avantage considérable en milieu industriel. Tout d'abord, elles offrent une excellente stabilité thermique. Ces batteries peuvent fonctionner à des températures allant jusqu'à 55 °C (131 °F) sans subir de dommages. À une température similaire, les batteries au plomb perdraient jusqu'à 80 % de leur durée de vie.

Un autre problème réside dans le poids des batteries. À capacité égale, les batteries au plomb sont nettement plus lourdes. De ce fait, elles nécessitent souvent un équipement spécifique et un temps d'installation plus long, ce qui peut réduire le temps de main-d'œuvre disponible.

Un autre point important concerne la sécurité des travailleurs. De manière générale, les batteries LiFePO4 sont plus sûres que les batteries au plomb. Conformément aux directives de l'OSHA, ces dernières doivent être stockées dans un local spécialisé équipé d'un système d'élimination des vapeurs dangereuses. Cela engendre des coûts supplémentaires et une complexité accrue pour une exploitation industrielle.

Conclusion

Les batteries lithium-ion présentent un avantage indéniable dans le secteur industriel et pour les véhicules électriques à basse vitesse. Leur durée de vie supérieure permet aux utilisateurs de réaliser des économies. De plus, elles ne nécessitent aucun entretien, un atout majeur en milieu industriel où la maîtrise des coûts est primordiale.