16 types de piles au lithium

Cet article traite de la classification des piles au lithium. Il couvre les six catégories communes de piles et présente également les piles au lithium qui n'ont pas encore été commercialisées à grande échelle. Nous vous invitons à poursuivre votre lecture pour voir si vous y trouverez les informations que vous recherchez.

Qu'est-ce qu'une batterie au lithium？ ?

“Piles au lithium” is a broad term that typically refers to batteries with lithium as the electrolyte. They transfer energy through the movement of ions between the positive and negative electrodes. You’re probably familiar with lithium batteries, as the lithium-ion batteries and lithium iron phosphate batteries we commonly use fall into this category. We usually classify lithium batteries based on their appearance, application areas, and the chemical substances they use. So, let’s explore the specific types of lithium batteries together! 

Les différents types de piles au lithium

Les "piles au lithium" sont un type de pile chimique, utilisant généralement une substance chimique spécifique comme matériau d'électrode positive. Le choix du matériau de l'électrode positive influe sur les performances de la batterie. Il existe de nombreuses options pour les matériaux d'électrode positive, notamment l'oxyde de cobalt lithium, l'oxyde de manganèse lithium, le phosphate de fer lithium et les matériaux ternaires nickel-cobalt-aluminium.

Commençons par présenter six types de piles au lithium que vous connaissez peut-être en raison de leur utilisation courante.

6 Main Types Of Lithium Batteries Based on Battery Chemistry

• Batterie au phosphate de fer lithié (LFP)

Comme son nom l'indique, une batterie au phosphate de fer-lithium (également connue sous le nom de Batterie LiFePO4 ou batterie LFP) est un type de batterie au lithium qui utilise le phosphate de fer lithié comme matériau d'électrode positive.

Avantage

1. Excellente performance en matière de sécurité :

Le matériau de l'électrode positive des piles lifepo4 leur confère une structure chimique très stable. En outre, elles présentent une résistance aux températures élevées, ce qui les rend peu susceptibles de s'enflammer ou d'exploser. Vous pouvez les utiliser en toute confiance à la maison.

2. Durée de vie plus longue

The chemical properties of lithium iron phosphate determine its extended cycle life. Under optimal conditions, it can withstand over 10,000 cycles, which is significantly higher than NMC batteries. This is why lifepo4 batteries are increasingly used as power sources in your daily environment. 

Par exemple, les batteries lifepo4 de l'usine Delong ont une durée de vie de 6 500 cycles et, dans des conditions idéales, elles peuvent durer environ 12 ans.

3. Respect de l'environnement

Les matériaux utilisés dans les piles LFP sont couramment présents dans l'environnement naturel. Ces piles ne contiennent pas de métaux rares, évitent l'extraction excessive de ressources et ne provoquent pas de pollution de l'environnement. 

4. Convient comme batterie de remplacement plomb-acide

A LiFePO4 battery has a rated voltage of 3.2V per individual cell. By connecting cells in series, you can achieve higher voltages. For example, when four battery cells are connected in series, the total voltage reaches 12.8V. In fields where stable, safe, and long-lasting energy supply is required, lifepo4 batteries are the preferred alternative to lead-acid batteries.

Inconvénient

1. Coût légèrement plus élevé

Selon certaines informations, le prix minimum des batteries lifepo4 en 2020 était de $80 par kilowattheure. Dans l'ensemble, le coût de fabrication reste légèrement supérieur à celui d'autres types de piles.

2. Densité énergétique relativement faible

En 2020, les batteries lifepo4 fabriquées par CATL (un fabricant bien connu) avaient une densité énergétique maximale de 160 wattheures par kilogramme (Wh/kg). Cependant, la densité énergétique la plus élevée des batteries NMC a déjà dépassé les 300 Wh/kg.

Application

1. Systèmes de stockage d'énergie

Due to the safety performance and longer lifespan of lifepo4 batteries, significant manufacturers are keen to use them in residential energy storage systems and solar energy storage systems. Perhaps your house is already equipped with a wall-mounted battery made from lifepo4 cells. 

2. Véhicules électriques

Les batteries Lifepo4 fournissent une puissance instantanée et sont couramment utilisées comme source d'énergie pour les véhicules électriques. Par exemple, les bicyclettes électriques, chariots élévateurs, les voitures électriques, camping-carset les bateaux utilisent fréquemment des Batterie 12V LFPs.

3. Appareils mobiles

Cela comprend les e-cigarettes, les lampes de poche, les modèles radiocommandés, les appareils électroniques portables, les capteurs industriels et les ordinateurs portables que vous utilisez au travail. 

• Batterie à l'oxyde de lithium et de cobalt (LCO)

La batterie au lithium-oxyde de cobalt (batterie LiCoO2) est un type de batterie au lithium-ion qui utilise de l'oxyde de lithium-cobalt (LiCoO2) comme élément positif. électrode et le graphite comme électrode négative. Outre les électrodes positives et négatives, il se compose également d'un électrolyte et d'un séparateur. 

Avantage

1. Densité énergétique élevée

Les batteries à l'oxyde de lithium-cobalt ont une densité énergétique relativement élevée, ce qui leur permet de stocker plus d'énergie et de prolonger la durée de vie de vos appareils.

2. Longue durée de vie

La durée de vie des batteries à l'oxyde de lithium et de cobalt varie généralement entre plusieurs centaines et un millier de cycles. Bien qu'elle n'atteigne pas la durée de vie des piles LFP ou des piles lithium-ion, elle est encore assez bonne par rapport à d'autres types de piles.

3. Une bonne cohérence

Les piles à l'oxyde de lithium et de cobalt présentent des performances stables et une excellente homogénéité des produits.

Inconvénient

1. Coût légèrement plus élevé

Le cobalt est une ressource métallique rare dont l'offre est limitée et le prix relativement élevé. Par conséquent, les batteries à l'oxyde de cobalt et de lithium ont un coût légèrement plus élevé.

2. Sécurité

Les batteries à l'oxyde de lithium et de cobalt sont peu sûres. En raison de leur intolérance aux températures élevées, elles sont sujettes à un emballement thermique en cas de surcharge, ce qui peut entraîner des incendies ou des explosions.

Application

La tension nominale d'une batterie au lithium-oxyde de cobalt est de 3,7 V. Elle est principalement utilisée dans les appareils électroniques portables tels que les téléphones mobiles et les ordinateurs portables.

• Lithium Manganese Oxide Battery (LMO)

Une batterie au lithium qui utilise de l'oxyde de lithium et de manganèse comme matériau d'électrode positive est appelée batterie à l'oxyde de lithium et de manganèse. La batterie LMO contient également des matériaux d'électrode négative, un électrolyte et un séparateur. Sur la base de ce matériau d'électrode positive, vous pouvez observer les avantages et les inconvénients suivants :

Avantage

1. Faible coût de fabrication

Les piles à l'oxyde de lithium et de manganèse sont peu coûteuses, car les matières premières sont abondantes et relativement bon marché.

2. Densité énergétique élevée

Elles offrent une grande densité d'énergie, ce qui leur permet de fournir une alimentation soutenue aux appareils pendant une période prolongée.

3. Impact minimal sur l'environnement

Les matières premières utilisées dans ces piles ont la toxicité la plus faible parmi tous les matériaux d'électrode positive des piles au lithium, ce qui se traduit par un impact minimal sur l'environnement.

4. Résistance aux hautes températures

Les batteries LMO peuvent fonctionner dans une plage de température allant de -50 °C à 45 °C, et leur risque d'emballement thermique est relativement faible.

Inconvénient

1. Capacité spécifique inférieure

Les batteries à l'oxyde de lithium et de manganèse ont une capacité spécifique plus faible et leur capacité diminue progressivement avec l'augmentation des cycles de charge.

2. Haute résistance à la chaleur

Bien qu'ils présentent une forte résistance aux chocs thermiques, il existe un risque d'incendie et d'explosion en cas de court-circuit ou de surcharge.

3. Durée de vie limitée

Ces batteries ont moins de cycles de charge, ce qui se traduit par une durée de vie relativement plus courte.

Application

La batterie à l'oxyde de lithium et de manganèse a de bonnes performances et peut être utilisée comme source d'énergie pour certains véhicules électriques. Elle trouve également des applications dans les appareils électroniques portables, les outils électriques et d'autres domaines.

• Batterie au titanate de lithium (LTO))

La batterie lithium-titanate, également connue sous le nom de batterie lithium-oxyde de titane (LTO), est composée d'oxyde de titane lithium comme matériau d'électrode positive et de graphite comme matériau d'électrode négative. La batterie LTO est un nouveau type de batterie lithium-ion, rechargeable et fonctionnant à une tension de 2,4V.

Avantage

• Longue durée de vie

Dans des conditions idéales, les batteries LTO peuvent supporter des dizaines de milliers de cycles de charge-décharge.

• Charge et décharge à haut débit

Ces batteries peuvent être chargées et déchargées rapidement à des taux élevés.

• De bonnes performances en matière de sécurité

Les batteries LTO présentent une tension de décharge stable, ce qui contribue à leur sécurité.

• Large gamme de températures de fonctionnement

Large gamme de températures de fonctionnement. Ils sont performants même dans des environnements à haute et basse température.

• Respect de l'environnement

Ces piles sont vertes et écologiques, car elles ne contiennent pas de métaux comme le cobalt.

Inconvénient

• La densité énergétique est légèrement inférieure à celle des autres batteries lithium-ion.
• Les coûts de fabrication sont relativement élevés.
• Le problème de l'enflure persiste.
• Il existe des différences dans la consistance des piles.

Application

En raison de leur grande sécurité, de leur stabilité et de leur durée de vie, les batteries au titanate de lithium sont très demandées dans les véhicules à énergie nouvelle, les véhicules électriques, les navires, les systèmes de stockage d'énergie et les équipements industriels.

• Batterie au lithium nickel manganèse cobalt (NMC)

Les éléments constitutifs des piles à l'oxyde de lithium nickel manganèse cobalt sont le lithium (Li), le nickel (Ni), le manganèse (Mn), le cobalt (Co) et l'oxygène (O). Sa formule chimique est LiNiMnCoO2, abrégée en NMC, Li-NMC, LNMC ou NCM.

Avantage

Parmi ses matériaux constitutifs, le nickel et le manganèse déterminent que les batteries NMC ont une densité énergétique et une durée de vie plus élevées, tandis que le cobalt offre de bonnes performances en matière de sécurité.

Inconvénient

Le cobalt étant rare et cher, le coût de fabrication des batteries NMC tend à être élevé.

Application

Comme vous pouvez le constater, les batteries Li-NMC présentent de nombreux avantages. Par conséquent, leurs domaines d'application sont également très vastes, comme les voitures électriques utilisées à l'extérieur, les appareils électroniques mobiles que vous utilisez et les systèmes de stockage de l'énergie solaire utilisés à des fins résidentielles et commerciales.

• Batterie lithium nickel cobalt oxyde d'aluminium (NCA)

Le matériau de l'électrode positive de la batterie lithium nickel cobalt aluminium est l'oxyde de lithium nickel cobalt aluminium, abrégé en Li-NCA, LNCA ou NCA, contenant du lithium (Li), du nickel (Ni), du cobalt (Co) et de l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃).

Avantage

La densité énergétique du NCA est supérieure à celle de l'oxyde de cobalt lithium et du phosphate de fer lithium. Elles ont une longue durée de vie, de sorte que les batteries NCA peuvent conserver leur état de fonctionnement pendant longtemps, et leur vitesse de charge est fulgurante. Cela devrait vous faire gagner beaucoup de temps.

Inconvénient

Les ressources limitées en éléments de nickel et de cobalt ont entraîné un coût de fabrication légèrement plus élevé pour les batteries NCA.

Application

Lithium-nickel-cobalt-aluminum oxide batteries have a high energy density. They thus are in high demand in industries that require long battery life, such as electric vehicles and energy storage systems.

Other Lithium Batteries Based on Battery Chemistry

• Batterie au lithium métal

Lithium metal batteries are lithium batteries with lithium metal as the anode material, which are further divided into non-rechargeable primary batteries, and rechargeable secondary batteries.

Avantage

Lithium metal batteries have a high energy density, allowing them to store a large amount of energy, ensuring that your devices can operate for extended periods. Even if you don’t use the battery for a long time, they can maintain a relatively high charge because of their low self-discharge rate. Additionally, they have a long cycle life, making them suitable for devices where frequent battery replacement is not necessary. 

Inconvénient

Similarly, lithium metal resources are not abundant. When used as battery raw materials, the cost is still relatively high. Frequent mining also has an impact on the environment, and improper battery disposal can lead to pollution. Additionally, in terms of safety, lithium metal batteries are somewhat sensitive to overcharging, overdischarging, and high temperatures. 

Application

In fields such as portable electronic devices, electric vehicles, energy storage systems, aerospace, and other areas, lithium metal batteries are still quite common.

• Batterie au lithium-ion

Lithium-ion batteries are familiar piles rechargeables that provide energy through the flow of lithium ions between positive and negative electrodes.

Avantage

1. Pas d'effet mémoire

Lithium-ion batteries do not exhibit a memory effect, allowing you to charge them at any time.

2. High Energy Storage

These batteries can store a large amount of energy, making them convenient for your long-term use.

3. Faible taux d'autodécharge

Even during extended periods of inactivity, lithium-ion batteries maintain a low self-discharge rate.

4. Longue durée de vie

They can withstand thousands of charge-discharge cycles, resulting in a long lifespan.

Inconvénient

1. In the later stages of use, lithium-ion batteries experience capacity degradation.
2. Improper practices such as overcharging or over-discharging can affect the lifespan of lithium-ion batteries, and may even lead to an explosion.

Application

Lithium-ion batteries are widely used, ranging from small mobile phones to electric cars, and from indoor to outdoor applications.

• Batterie au lithium polymère 

Lithium polymer batteries are rechargeable batteries that use polymers as electrolytes. They belong to the category of lithium-ion batteries, and are also known as lithium-ion polymer batteries (abbreviated as LiPo, LIP, Li-poly, lithium-poly, etc.)

Avantage

1. Lithium polymer batteries have no memory effect,  and their self-discharge rate is also low. and do not contain harmful metals. Additionally, they do not contain harmful metals, so you don’t need to worry about their environmental impact.

2. Lithium polymer batteries can be made as thin as 0.5mm, making them very suitable for small and mobile devices, and their shape can be designed arbitrarily.

3. These batteries offer a high energy density, resulting in longer working time than lithium-ion batteries.

Inconvénient

1. The price is as high as that of lithium-ion batteries.
2. It is sensitive to temperature and requires great attention during charging and discharging. It’s best to have a dedicated Battery Management System (BMS).

Application

Lithium polymer batteries have application space in mobile devices, electric tools, electric vehicles, and energy storage systems, such as Apple products, and Japanese car companies like Toyota.

• Batterie lithium-céramique

You may not often use lithium ceramic batteries, which are special lithium-ion batteries usually composed of oxide ceramic materials as the positive electrode.

Avantages et inconvénients

Although the manufacturing cost of lithium ceramic batteries is not low, the oxide ceramic material used in the positive electrode enables it to maintain good performance even at high temperatures and is less susceptible to thermal effects.

In addition, the electrolyte of lithium ceramic batteries is a solid material, which can resist high-intensity impact and puncture, making it relatively safe, but this also makes its conductivity relatively poor.

Application

As a specialized battery, it is commonly used in environments with high safety requirements, such as aerospace, military equipment, medical devices, and industrial automation.

• Pile au lithium-iode

Lithium-iodine batteries use lithium metal as the positive electrode material and iodide as the negative electrode material. They complete charge and discharge through the separation and combination process of lithium and iodine ions.

Avantage

Lithium-iodine batteries not only have high energy density and long service life, but also can be charged in a short period of time, greatly improving the efficiency of energy use. Additionally, it is also very environmentally friendly.

Inconvénient

When lithium-iodine batteries are not working, they have a high self-discharge rate and are prone to energy loss. Also, be careful not to overcharge or discharge.

Application

The high energy density possessed by lithium-iodine batteries makes them very popular in scenarios requiring long-term power output, such as energy storage systems, medical equipment, military equipment, diving equipment, aerospace, and aviation.

• Batterie au lithium et au graphène

Lithium graphene batteries use lithium metal oxide as the anode and graphene as the conductive agent. Although their structure is similar to lithium-ion batteries, their performance is superior.

Avantage

Graphene, as a conductor, increases the battery’s energy density, improves the conductivity, and significantly enhances the charge and discharge efficiency. Even at high temperatures, the battery can still function stably.

Inconvénient

You must have thought that the manufacturing cost of batteries is not low, since graphene is used as a raw material.

Application

The power battery system dramatically needs this kind of battery with high energy density. Of course, applications like portable electronic devices also greatly need it for fast charging.

• Batterie au lithium-soufre

Lithium-sulfur batteries are rechargeable batteries, and at the same time, they are a new type of high-energy-density batteries. Their positive electrode material is sulfur or sulfide, and their negative electrode material is lithium metal. They are currently in the process of gradual commercialization.

Avantage

Compared with lithium-ion batteries, lithium-sulfur batteries not only have better environmental friendliness and lower manufacturing costs, but also have higher energy density.

Inconvénient

The sulfur conductivity in lithium-sulfur batteries is poor, and the charging and discharging efficiency is not high. Furthermore, the battery has a short cycle life and unstable performance.

Application

Higher energy density than lithium-ion batteries also gives it a place in the fields of energy storage, electric vehicles, military, and so on.

• Batterie au lithium-silicium

The lithium-silicon battery uses silicon as the anode material and lithium metal as the cathode material. It is a new type of lithium-ion battery technology that is currently undergoing gradual commercialization.

Avantages et inconvénients

Lithium silicon batteries can store more capacity. Silicon is abundant in nature, so there’s no need to worry about disrupting the environmental balance, and it is also expected to reduce the manufacturing cost of the battery. However, silicon may also affect the battery’s service life.

Application

Suitable for development in areas requiring high energy density, such as energy storage systems, electric vehicles, etc.

• Batterie au lithium-phosphore

Lithium-phosphorus batteries are still in the research and development stage. They are rechargeable batteries that use lithium as the anode and phosphorus-based materials as the cathode. It is expected to have a relatively high energy density.

• Batterie Lithium Aair

Lithium-air batteries use the chemical reaction between oxygen and lithium to generate electricity, and they are currently still in the research and development stage. It is expected that they will have higher energy density and could become a critical turning point in the field of renewable energy.

Basé sur la structure de la batterie

According to their appearance and structure, lithium batteries can be divided into three types. These three types are the mainstream three encapsulation forms, which can overcome space limitations, apply to different scenarios and devices, and meet diverse usage needs.

• Batterie cylindrique au lithium

Just like the name suggests, a cylindrical lithium battery uses a cylindrical steel casing as its packaging material. These batteries have a compact overall size, and you often encounter them in everyday life. Common models of cylindrical lithium batteries include 14650, 17490, 18650, 21700, and 26650. They are widely used in devices such as laptops and power tools. 

• Prismatic Lithium Battery

Prismatic lithium batteries have a simpler structure compared to cylindrical lithium batteries. They often use aluminum casing as the external packaging, resulting in a lighter overall weight. Due to their large capacity and high energy density, square lithium batteries are commonly used in portable devices such as mobile phones, tablets, and drones.

• Lithium Pouch Cell

Lithium Pouch Cell is a lithium-ion battery with a polymer outer shell wrapped around the outside of the liquid lithium-ion battery, using aluminum-plastic film for packaging in structure.

Avantage

1. De bonnes performances en matière de sécurité

La sécurité est sans aucun doute votre principale préoccupation. Cependant, l'emballage d'un film plastique en aluminium ne fera que le gonfler et le rompre en cas de problème, au lieu d'exploser comme les piles à coque en aluminium.

2. Relativement léger

Pour la même capacité, le poids des piles au lithium à enveloppe souple est inférieur de 40% à celui des piles au lithium à enveloppe en acier et de 20% à celui des piles au lithium à enveloppe en aluminium.

3. La forme peut être ajustée librement

Vous pouvez tout à fait demander aux fabricants d'adapter la forme de la pochette de piles au lithium en fonction de vos besoins et de développer de nouveaux modèles de piles. 

Inconvénient

Les piles au lithium en sachet ont une faible consistance. Le développement de nouveaux modèles est coûteux et elles sont également moins résistantes aux chocs. Elles sont sujettes à des fuites en cas d'impact ou de compression.

Application

Les piles au lithium sont relativement fines et ont une forme flexible. Elles conviennent parfaitement aux appareils portables minces et aux scénarios où l'espace est limité ou les exigences de forme personnalisées.

En fonction de l'application de la batterie

Classées par domaine d'application, vous découvrirez que les piles au lithium jouent un rôle indispensable dans votre vie.

• Batterie de stockage d'énergie

Les piles au lithium sont largement utilisées dans les systèmes de stockage d'énergie domestique, les systèmes de stockage d'énergie commerciale, les systèmes de stockage d'énergie industrielle et les systèmes d'écrêtement des pointes de consommation. Elles permettent aux utilisateurs de disposer d'une énergie de secours stable et de réduire les coûts d'électricité.

• Batterie d'alimentation

La grande capacité et la densité énergétique élevée des batteries au lithium leur font jouer un rôle crucial dans le domaine du transport électrique.

• Consumer Lithium Battery

Les piles au lithium sont largement utilisées dans les appareils électroniques portables, tels que les téléphones mobiles, les tablettes, les ordinateurs portables et les appareils photo numériques.

Quel est le meilleur type de pile au lithium ?

Il n'y a pas de meilleur absolu, il n'y a que ce qui est le plus approprié. Le même principe s'applique au choix des piles au lithium, car chaque type a ses avantages, ses inconvénients et ses possibilités d'application. Bien que les batteries lithium-ion, les batteries lithium-phosphate de fer et les batteries lithium-polymère soient populaires sur le marché, le choix de la meilleure batterie au lithium nécessite de prendre en compte les exigences d'utilisation spécifiques. Vous pouvez comparer des facteurs tels que la sécurité, la densité énergétique, la durée de vie et le poids.

Conclusion

Il existe différents types de piles au lithium, et les types ci-dessus ne sont que les plus courants. J'espère qu'ils vous seront utiles dans votre étude des piles au lithium.