Batteries Li-ion pour EV et ce qu'il faut améliorer?
| Jerry Huang
Il existe deux principaux types de batteries au lithium : la batterie Li-ion et la batterie au lithium métal. Jusqu'à présent, les batteries Li-ion utilisées pour les véhicules électriques sont les batteries LFP (LiFePO4), NCM (LiNiMnCoO2), NCA, LCO (LiCoO2), LNO (LiNiO2), LMO (LiMn2O4, Li2MnO3) et LTO.
La batterie au lithium métal a été inventée pour la première fois par MS Whittingham en 1970, alors que ce type obsolète de batterie au lithium métal n'est généralement pas rechargeable. Alors qu'une nouvelle batterie au lithium métal rechargeable, inventée par SolidEnergy Systems, qui présente les avantages généraux de la légèreté, de la double densité d'énergie de la batterie Li-ion actuelle, de la longue durée de vie, du coût raisonnable et de la sécurité que jamais, est devenue une application à grande échelle. Espérons que ce sera la dernière et la prochaine génération de batterie au lithium.
Citation Wikipedia : La batterie lithium-ion ou batterie Li-ion (LIB) est un type de batterie rechargeable. Les batteries lithium-ion sont couramment utilisées pour les appareils électroniques portables et les véhicules électriques et gagnent en popularité pour les applications militaires et aérospatiales. Un prototype de batterie Li-ion a été développé par Akira Yoshino en 1985, sur la base de recherches antérieures de John Goodenough, Stanley Whittingham, Rachid Yazami et Koichi Mizushima dans les années 1970-1980, puis une batterie Li-ion commerciale a été développée par Sony et Équipe Asahi Kasei dirigée par Yoshio Nishi en 1991.
Les caractéristiques chimiques, de performance, de coût et de sécurité varient selon les types de LIB. Les appareils électroniques portables utilisent principalement des batteries au lithium polymère (avec un gel polymère comme électrolyte) avec de l'oxyde de lithium et de cobalt (LiCoO2) comme matériau de cathode, qui offre une densité d'énergie élevée, mais présente des risques pour la sécurité, en particulier lorsqu'ils sont endommagés. Le lithium fer phosphate (LiFePO4), la batterie lithium ion oxyde de manganèse (LiMn2O4, Li2MnO3 ou LMO) et l'oxyde lithium nickel manganèse cobalt (LiNiMnCoO2 ou NMC) offrent une densité d'énergie plus faible mais des durées de vie plus longues et moins de risque d'incendie ou d'explosion. Ces batteries sont largement utilisées pour les outils électriques, les équipements médicaux et d'autres rôles. Le NMC et ses dérivés sont largement utilisés dans les véhicules électriques.
Les domaines de recherche pour les batteries lithium-ion comprennent l'allongement de la durée de vie, l'augmentation de la densité d'énergie, l'amélioration de la sécurité, la réduction des coûts et l'augmentation de la vitesse de charge, entre autres. Des recherches sont en cours dans le domaine des électrolytes ininflammables en tant que voie vers une sécurité accrue basée sur l'inflammabilité et la volatilité des solvants organiques utilisés dans l'électrolyte typique. Les stratégies comprennent les batteries lithium-ion aqueuses, les électrolytes solides en céramique, les électrolytes polymères, les liquides ioniques et les systèmes fortement fluorés. (Wikipédia sans guillemets)
Les principales batteries au lithium pour VE sont NCA et NCM, avec LFP comme option mineure sur le marché mondial en 2020. La densité d'énergie d'une cellule unique LFP est généralement d'environ 110 Wh/kg, très peu peuvent atteindre 190 Wh/kg ; alors que pratiquement la densité d'énergie d'une batterie monocellulaire NCM peut être de 200 Wh/kg et, espérons-le, de 300 Wh/kg bientôt ; mais pour la batterie NCA, cela peut être autour de 300Wh/kg aujourd'hui. Tesla utilise principalement des batteries NCA de Panasonic et LG Chem, ainsi que des batteries NCM et LFP de CATL dans sa chaîne d'approvisionnement mondiale aujourd'hui.
La batterie LFP présente l'avantage d'un faible coût et de bien meilleures propriétés de sécurité que la batterie NCA/NCM, tandis que sa densité d'énergie relativement faible est clairement un inconvénient.
Pour la comparaison de la batterie NCA et NCM, la recherche et l'application du marché ont montré que la batterie au lithium NCA est moins coûteuse avec moins de teneur en cobalt, une bien meilleure durée de vie, beaucoup moins de dégradation que la batterie au lithium NCM, bien que la durée de vie du cycle de NCA soit inférieure à celle de NCM batterie. Une partie de la batterie NCA est utilisée dans le stockage de l'énergie solaire dans l'espace avec une durée de vie pouvant atteindre vingt ans ! L'inconvénient de la batterie NCA repose sur son facteur de sécurité, jusqu'à présent, elle n'est pas aussi sûre que NCM et LFP dans des conditions de température élevée. Cependant, les chercheurs pensent que le NCA deviendra le premier choix pour les véhicules électriques dans un proche avenir à mesure que sa sécurité et sa production s'amélioreront.
Remarque : En tant que sels de lithium basiques, l'hydroxyde de lithium monohydraté, le carbonate de lithium (souvent utilisé dans les matériaux de cathode LIB) et le chlorure de lithium peuvent être convertis en divers composés de lithium, tels que LiPF6, LiFSI, LiTFSI et LiBF4 pour les électrolytes ou le lithium métal pour les anodes dans fabrication de batteries au lithium. Trouvez les sels de lithium Poworks ici .