5 avantages des batteries lithium-ion par rapport aux batteries lithium-polymère

Dans le paysage en constante évolution des technologies de stockage d'énergie, les batteries à base de lithium se sont imposées comme les solutions de référence, offrant une alimentation efficace et compacte pour un large éventail d'applications. Parmi elles, les batteries lithium-ion (Li-ion) et lithium-polymère (LiPo) se sont imposées comme des choix majeurs pour le stockage d'énergie et la fourniture de puissance dans divers secteurs. Bien que les deux présentent des avantages distincts, cet article met en lumière les nombreux atouts des batteries lithium-ion et explique pourquoi elles surpassent souvent leurs homologues lithium-polymère.

Commençons par parler de la batterie lithium-ion :
Batteries lithium-ion :

Les batteries lithium-ion, souvent abrégées en batteries Li-ion, constituent une forme de stockage d'énergie rechargeable populaire et polyvalente. Elles sont devenues le choix de référence pour de nombreuses applications grâce à leur densité énergétique impressionnante, leur fiabilité et leur adaptabilité. Ces batteries utilisent des composés de lithium comme cathodes, offrant une série d'avantages qui en font le choix privilégié pour alimenter un large éventail d'appareils et de systèmes modernes.

Avantages des batteries lithium-ion :

1. Haute densité énergétique : les batteries lithium-ion stockent une quantité d'énergie importante par rapport à leur taille et leur poids, ce qui les rend idéales pour l'électronique portable et les véhicules électriques.
2. Longévité : elles offrent une durée de vie prolongée avec un grand nombre de cycles de charge-décharge, réduisant le besoin de remplacements fréquents et limitant les déchets.
3. Fonctions de sécurité : les batteries Li-ion sont équipées de circuits de protection et de contrôles thermiques, ce qui les rend intrinsèquement plus sûres et moins sujettes à la surchauffe ou aux courts-circuits.
4. Efficacité : ces batteries présentent un taux d'autodécharge plus faible, ce qui leur permet de conserver leur charge plus longtemps lorsqu'elles ne sont pas utilisées, un atout pour l'efficacité énergétique.
5. Polyvalence : les batteries lithium-ion peuvent être conçues pour s'adapter à un large éventail d'applications, des petites cellules compactes pour smartphones aux grands packs de batteries pour véhicules électriques, offrant une adaptabilité à des besoins et appareils variés.

Mais qu'est-ce qu'une batterie lithium-polymère, en réalité ?

Les batteries lithium-polymère, souvent appelées batteries LiPo, ne contiennent en réalité aucun polymère et devraient plutôt être désignées comme des cellules pouch au lithium.
Il s'agit d'une sous-catégorie de cellules lithium-ion, la seule différence étant qu'elles sont conditionnées dans un emballage en aluminium.
Presque toutes les chimies liées au lithium peuvent également être conditionnées en boîtier pouch.
Cela signifie que toutes les cellules pouch ne sont pas identiques.
Certaines peuvent contenir des chimies haut de gamme et coûteuses, généralement destinées à la pré-production de masse et aux batteries de VE de pointe, des cellules très difficiles à obtenir.
Notre propos ici porte sur les cellules LiPo courantes proposées à l'industrie.

Lorsque nous parlons de lithium-ion dans notre jargon professionnel, nous faisons généralement référence à des cellules fabriquées sous forme cylindrique ou prismatique métallique.
Les plus connues sont les 18650 et 21700, des cellules cylindriques de 18 mm et 21 mm de diamètre respectivement, pour des hauteurs de 65 mm et 70 mm respectivement.

Bien qu'elles aient leurs mérites, les batteries LiPo se distinguent par des caractéristiques et des applications spécifiques qui les différencient de leurs homologues lithium-ion. Comprendre ces particularités est essentiel pour apprécier leur valeur dans certains scénarios.

Avantages des batteries LiPo :

1. Flexibilité de forme : les batteries lithium-polymère sont plus flexibles en termes de forme et de taille que les batteries lithium-ion. Cette polyvalence leur permet de s'adapter à des espaces atypiques et de trouver leur utilité dans des appareils aux formats particuliers.
2. Conception légère : les batteries LiPo sont généralement légères, ce qui en fait un choix privilégié pour les applications où le poids est un critère essentiel, comme les drones et les modèles radiocommandés.
3. Taux de décharge élevés : ces batteries peuvent délivrer des taux de décharge élevés (20C à 90C), ce qui les rend particulièrement adaptées aux applications nécessitant une libération d'énergie rapide, comme les drones de course et les véhicules radiocommandés.
   Elles présentent généralement une tension nominale élevée (typiquement 3,8 V par cellule) pour soutenir un courant élevé sur une durée plus longue.
4. Densité de puissance accrue : les batteries LiPo offrent une densité de puissance légèrement supérieure, ce qui leur permet de délivrer une poussée de puissance plus rapidement. Cette caractéristique est précieuse dans les scénarios nécessitant une sortie d'énergie immédiate et élevée.
5. Assemblage apparemment simple : il est tentant pour des entreprises peu expérimentées en conception de batteries de travailler avec des cellules LiPo, car il est relativement simple d'y souder des fils. Ce n'est toutefois pas recommandé, car appliquer autant de chaleur sur l'électrode en aluminium peut endommager la structure de la cellule.

Bien que les batteries LiPo ne rivalisent pas avec la polyvalence et la sécurité globales des batteries lithium-ion, leurs avantages spécifiques en font un choix précieux pour certaines applications où leurs caractéristiques répondent aux exigences de l'appareil ou du système concerné.

Inconvénients des batteries lithium pouch :

1. Gonflement : quiconque a déjà travaillé avec des cellules LiPo sait de quoi il s'agit.
   La structure et l'emballage des cellules pouch sont sujets au gonflement lorsque la cellule se dilate et cesse de fonctionner. Cela peut parfois arriver à une cellule neuve, mal fabriquée ou mal stockée. Cela peut également se produire sur un pack de batteries ayant passé tous les contrôles et livré au client.
2. Fabricants : il s'agit généralement de fabricants de 2^e ou 3^e rang. Les fabricants haut de gamme et de 1^er rang réservent généralement le format pouch à leurs chimies spéciales, non disponibles pour l'industrie. Les cellules destinées à l'industrie sont généralement de forme cylindrique ou prismatique, avec une coque métallique rigide.
3. Longévité aux performances maximales : les fiches techniques ont tendance à surestimer les capacités des cellules plutôt qu'à rester prudentes.
   Une cellule LiPo standard supportant un taux de décharge de 30C permet généralement 50 à 100 cycles, ce qui convient à un drone grand public dédié aux loisirs, mais pas à un drone industriel ou militaire devant fonctionner sur une durée garantie.
4.  Comportement thermique : contrairement aux cellules cylindriques, les cellules LiPo ne disposent pas de dissipateur thermique centralisé. Dans une structure de cellules en série, il devient donc difficile d'évacuer la chaleur du pack de batteries de manière homogène, ce qui crée un déséquilibre inhérent à la conception du pack et entraîne une perte de capacité et un gonflement.

Voyons maintenant pourquoi les batteries lithium-ion restent le meilleur choix pour votre application :

1. Fabricants :

Les fabricants haut de gamme tels que Samsung SDI, Panasonic, LG et d'autres proposent à l'industrie leurs cellules cylindriques et prismatiques à des prix compétitifs, avec des spécifications vérifiées et testées, aucun gonflement et, surtout, des lots très bien triés.
Cela signifie que les cellules présentent une tension et une impédance interne très similaires.
Un concepteur de batteries ne saurait trop insister sur l'importance d'un pack équilibré : cela pèse lourd sur la performance à long terme du pack de batteries.

2. Durabilité et longévité :

Les batteries Li-ion se sont révélées plus durables et plus résistantes que les batteries LiPo. Grâce à des lots très bien triés et à la structure solide des cellules, vous pouvez compter sur elles pour atteindre la durée de vie promise et offrir les performances annoncées.
Un point crucial lorsque vous construisez la garantie et la longévité de votre produit autour d'un composant aussi important que la batterie. Cela devient d'autant plus évident lors de la montée en cadence de production.

3. Sécurité :

La sécurité est une préoccupation majeure dans la technologie des batteries. Les batteries Li-ion disposent d'un solide historique en matière de sécurité et sont équipées de circuits de protection et de contrôles thermiques pour minimiser les risques de surchauffe et de court-circuit. Les batteries LiPo, en revanche, sont connues pour leur sensibilité au gonflement et un risque plus élevé d'incendie ou d'explosion en cas de perforation, de surcharge ou de dommage. De nombreuses cellules LiPo sur le marché ne respectent pas la directive UL1604 relative à la sécurité des cellules.

4. Comportement thermique.

Les formes cylindriques et prismatiques des cellules Li-ion permettent d'assembler le pack de batteries de manière à obtenir une conception thermique homogène et une gestion plus efficace de la chaleur.
Cela vaut lorsque l'on vise une conception thermique homogène, mais plus encore lorsqu'il s'agit de refroidir ou de chauffer le pack de batteries de l'extérieur.

5. Fourniture de puissance

Les formes cylindriques et prismatiques des cellules Li-ion permettent de répartir et de délivrer une puissance élevée à partir du pack de batteries, en particulier lorsqu'il s'agit de fournir des courants >100A, comme on le voit souvent dans les drones et les véhicules électriques légers (LEV).

En conclusion, bien que les batteries lithium pouch présentent leurs propres avantages, les batteries lithium-ion s'imposent souvent comme le choix privilégié pour de nombreuses applications grâce à leur densité énergétique supérieure, leur longévité, leurs dispositifs de sécurité et leur efficacité. À mesure que la technologie progresse, les batteries Li-ion devraient conserver leur position de solution de stockage d'énergie fiable et efficace, qui alimente le présent et façonne l'avenir.

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