Électrolyte

Les batteries à l'état solide utilisent généralement des matériaux solides tels que la céramique, le verre ou les matériaux polymères comme électrolytes. Ces matériaux solides ont des structures très stables et ne sont pas facilement décomposés ou détériorés à haute ou basse température, ce qui les rend moins sujets à l'emballement thermique. Toutefois, leur conductivité est relativement faible et le contact interfacial doit encore être optimisé.

Les batteries lithium-ion utilisent généralement des électrolytes liquides ou gélifiés constitués de solvants organiques dissous dans des sels de lithium. Si les électrolytes liquides ont une conductivité ionique et permettent de charger et de décharger des courants élevés, ils présentent également un certain risque de fuite. Lorsque la batterie est soumise à des dommages physiques ou à une surcharge, l'électrolyte liquide peut facilement provoquer des situations telles qu'un incendie ou une explosion.

Densité énergétique

La densité énergétique des piles à l'état solide dans les applications pratiques se situe entre 300 et 400 Wh/kg. Si les défis techniques liés à la conductivité ionique des électrolytes solides et à la stabilité interfaciale peuvent être relevés, elle devrait progressivement atteindre la valeur théorique de 500 Wh/kg.

Les batteries lithium-ion, limitées par les caractéristiques des électrolytes liquides et des anodes en graphite, ont généralement une densité énergétique d'environ 150 à 250 Wh/kg dans les applications pratiques. Certaines batteries lithium-ion qui utilisent des matériaux et des procédés plus avancés peuvent atteindre des densités énergétiques de 300 Wh/kg.

Capacité

Certaines batteries à semi-conducteurs de laboratoire ont atteint une capacité supérieure de 20-30% à celle des batteries au lithium-ion, et leur dégradation est plus lente lors d'une utilisation à long terme. Cette technologie n'est pas encore arrivée à maturité et est actuellement limitée par les matériaux et les processus de fabrication, ce qui laisse une marge d'amélioration importante.

La capacité standard des batteries lithium-ion est généralement comprise entre 1000 mAh et 5000 mAh, tandis que les batteries lithium-ion haute performance peuvent atteindre jusqu'à 8000 mAh. Au fur et à mesure que le nombre de cycles de charge et de décharge augmente, la capacité des batteries lithium-ion diminue progressivement et leur taux de rétention à long terme n'est pas aussi bon que celui des batteries à semi-conducteurs.

Sécurité

L'électrolyte solide contenu dans les piles à l'état solide ne fuit pas, est ininflammable, présente une bonne stabilité thermique et peut résister à un certain degré de dommages physiques, ce qui réduit efficacement le risque d'incendie et d'explosion. En outre, les piles à l'état solide ont une structure plus stable, moins susceptible de subir une dégradation des performances ou des problèmes de sécurité dus à la décomposition de l'électrolyte ou à la détérioration du matériau de l'électrode. Elles sont également relativement moins dépendantes des systèmes de protection.

En revanche, l'électrolyte liquide contenu dans les batteries lithium-ion présente un risque accru de fuite lorsqu'il est soumis à des chocs externes. Les électrolytes liquides sont inflammables et peuvent facilement provoquer des courts-circuits ; ils sont susceptibles de se décomposer dans des environnements à haute température, ce qui entraîne un emballement thermique et peut provoquer un incendie ou une explosion. En outre, les batteries lithium-ion dépendent fortement des systèmes de gestion des batteries pour améliorer leur sécurité.

Durée de vie

Les piles à l'état solide ont une longue durée de vie, pouvant dépasser plusieurs milliers de cycles. Elles présentent une grande durabilité et peuvent conserver une capacité et des performances élevées même après une utilisation prolongée.

En revanche, les batteries lithium-ion ont une durée de vie relativement courte, avec environ 800 à 1500 cycles de charge et de décharge. Les batteries lithium-ion plus performantes peuvent dépasser 2000 cycles. En outre, après une utilisation prolongée, leur capacité de rétention diminue en raison de la décomposition et de la détérioration des matériaux internes, ce qui a un certain impact sur les performances.