Les six principaux types de lithium

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Les batteries lithium-ion sont au centre de la transition énergétique propre en tant que technologie clé alimentant les véhicules électriques (VE) et les systèmes de stockage d’énergie.

Cependant, il existe de nombreux types de batteries lithium-ion, chacune présentant des avantages et des inconvénients.

L'infographie ci-dessus montre les compromis entre les six principales technologies de cathode lithium-ion, sur la base des recherches de Miao et al. et l'Université de la batterie. Ceci est la première des deux infographies de notreSérie sur la technologie des batteries.

Chacun des six types différents de batteries lithium-ion a une composition chimique différente.

Les anodes de la plupart des batteries lithium-ion sont en graphite. En règle générale, c’est la composition minérale de la cathode qui change, ce qui fait la différence entre les compositions chimiques des batteries.

Le matériau de la cathode contient généralement du lithium ainsi que d’autres minéraux, notamment du nickel, du manganèse, du cobalt ou du fer. Cette composition détermine en fin de compte la capacité, la puissance, les performances, le coût, la sécurité et la durée de vie de la batterie.

Dans cet esprit, examinons les six principales technologies de cathodes lithium-ion.

Les cathodes NMC contiennent généralement de grandes proportions de nickel, ce qui augmente la densité énergétique de la batterie et permet des autonomies plus longues dans les véhicules électriques. Cependant, une teneur élevée en nickel peut rendre la batterie instable, c'est pourquoi le manganèse et le cobalt sont utilisés pour améliorer la stabilité thermique et la sécurité. Plusieurs combinaisons NMC ont connu un succès commercial, notammentNMC811(composé de 80 % de nickel, 10 % de manganèse et 10 % de cobalt),NMC532, etNMC622.

Les batteries NCA partagent les avantages du nickel avec les NMC, notamment une densité énergétique élevée et une puissance spécifique. Au lieu du manganèse, NCA utilise de l'aluminium pour augmenter la stabilité. Cependant, les cathodes NCA sont relativement moins sûres que les autres technologies Li-ion, plus coûteuses et généralement utilisées uniquement dans les modèles EV hautes performances.

En raison de l’utilisation de fer et de phosphate au lieu de nickel et de cobalt, les batteries LFP sont moins chères à fabriquer que les variantes à base de nickel. Cependant, ils offrent une énergie spécifique moindre et conviennent mieux aux véhicules électriques à autonomie standard ou courte. De plus, le LFP est considéré comme l’un des produits chimiques les plus sûrs et a une longue durée de vie, ce qui permet son utilisation dans les systèmes de stockage d’énergie.

Bien que les batteries LCO soient très denses en énergie, leurs inconvénients incluent une durée de vie relativement courte, une faible stabilité thermique et une puissance spécifique limitée. Par conséquent, ces batteries sont un choix populaire pour les applications à faible charge telles que les smartphones et les ordinateurs portables, où elles peuvent fournir des quantités d’énergie relativement faibles sur de longues durées.

Également connues sous le nom de batteries spinelle au manganèse, les batteries LMO offrent une sécurité améliorée et des capacités de charge et de décharge rapides. Dans les véhicules électriques, le matériau de cathode LMO est souvent mélangé avec du NMC, où la partie LMO fournit un courant élevé lors de l'accélération, et le NMC permet des autonomies plus longues.

Contrairement aux autres produits chimiques ci-dessus, où la composition de la cathode fait la différence, les batteries LTO utilisent une surface d'anode unique composée d'oxydes de lithium et de titane. Ces batteries présentent une sécurité et des performances excellentes à des températures extrêmes, mais ont une faible capacité et sont relativement coûteuses, ce qui limite leur utilisation à grande échelle.

Maintenant que nous connaissons les six principaux types de batteries lithium-ion, lesquelles dominent le marché des véhicules électriques et comment cela va-t-il changer à l’avenir ?

Pour le savoir, restez à l'écoutePartie 2de laSérie sur la technologie des batteries, où nous examinerons les principales compositions chimiques des batteries de véhicules électriques par part de marché prévue de 2021 à 2026.

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