Lithium-ion, Lithium Fer Phosphate, Lithium Polymère, Lithium métal...
Toutes ces distinctions peuvent porter à confusion ?
Comment faire la différence entre ces différentes technologies de batteries ?
Comment savoir laquelle est la adaptée à notre utilisation ?
Cet article fait le point.
Les batteries Lithium ont été introduites pour la première fois par Sony en 1990 pour leurs appareils électroniques. Il y a eu depuis beaucoup d'évolutions et de variations, mais le principe de base reste le même: les ions Lithium Li+ font la navette entre la cathode et l'anode à chaque cycle de charge et décharge. Étant donné que ce sont les ions Lithium qui entrent en action, on a appelé cette technologie Lithium-ion.
Premier point: toutes les batteries Lithium sont des batteries Lithium-ion
Ce qui va caractériser plus en détail les différents types, ce sont ensuite les matériaux de l'anode. On va trouver deux cas:
- l'anode est un film métal de Lithium pur, et l'on parlera de batterie Lithium-métal
- l'anode est un matériau constitué de carbone (graphite, graphène) dans lequel vient s'insérer les ions Lithium. Dans ce cas, on reste sur l’appellation classique Lithium-ion.
Les anodes en Lithium métal ont pour principal avantage une forte densité d'énergie (donc une plus grande autonomie), mais le désavantage conséquent d'être propice à la formation de dendrite sur la surface de l'anode: le Lithium s'accumule toujours au même endroit de l'anode, créant un pointe métallique qui s'agrandit toujours en encore jusqu'à percer le film de séparation, et entrer en contact avec la cathode. On a alors un court-circuit interne qui peut déclencher l’emballement thermique de la batterie. De plus, le Lithium métal réagit très fortement au contact de l'oxygène présent dans l'eau ou dans l'air en s'enflammant.
Historiquement, les batteries Lithium métal sont très utilisées dans le modélisme, les drones, etc. Elles ont alors pour nom LiPo, pour Lithium Polymère, le polymère caractérisant l'électrolyte présent dans ces batteries. On peut dire que ces batteries sont responsable de l'idée populaire des batteries Lithium qui prennent feu.
Deuxième point: les batteries Lithium métal et Lithium Polymère LiPo ont une anode en Lithium métal. Ce sont les batteries Lithium qui sont le plus susceptibles de s'emballer thermiquement.
Prenons maintenant en compte les batteries Lithium avec une anode en carbone graphite. Nous allons maintenant distinguer les types de batteries par rapport aux matériaux qui constituent la cathode. On va donc retrouver deux grand types de matériaux de cathode:
- une cathode NMC, pour Nickel Manganèse Cobalt
- une cathode LFP, pour Lithium Fer Phosphate
Les batteries Lithium NMC sont celles que l'on retrouve dans tous nos smartphones, ordinateurs portables, voitures électriques, outils électriques, vélo électriques, trottinettes, etc. C'est la technologie la plus répandue et pour cause, c'est celle qui permet la plus grande densité d'énergie, donc la plus grande autonomie pour un même poids de batterie. La durée de vie est en moyenne de 1000 cycles de charge-décharge.
Les batteries Lithium LFP, ou LiFePO4, ont une densité d'énergie légèrement plus faible. Mais elles ont l'avantage d'une durée de vie bien plus grande, avec en moyenne 4000 cycles de charge-décharge. Ce sont aussi les batteries les plus propres pour l'environnement, car elles ne contiennent pas de métaux rares comme le Nickel et le Cobalt. C'est aussi la technologie la plus sûre et la moins propice aux emballement thermiques.
Atomique Batteries utilise exclusivement la technologie Lithium LiFePO4, car elles ont un avantage qu'aucune autre technologie n'a: permettre une tension nominale de 12V. C'est donc la technologie de choix pour remplacer les batteries aux plomb classiques.
Troisième point: Les batteries Lithium-ion se partagent en deux grandes catégories: NMC ou LFP(LiFePO4). En tension nominale, une batterie Lithium NMC aura une tension de 18,0V; une batterie LFP aura une tension de 12,8V.
Enfin, de nouvelles technologies de batteries Lithium plus marginales ont quelques applications, comme les batteries Titanate, LiTiO2, avec une anode contenant du Titane, permettant une durée de vie exceptionnelle de 30 000 cycles de charge-décharge en moyenne, mais avec un cout très élevé.
Pour finir, les batteries Sodium reprennent les mêmes principes, mais simplement en remplaçant l'ion Lithium Li+ par l'ion Sodium Na+, mais au détriment de la densité d'énergie.
