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#Actualités du secteur
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Batteries au lithium : quelles technologies pour quels usages ?
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Qu'est-ce qu'une batterie lithium-ion ?
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Depuis leur premier lancement commercial dans les années 1990, les batteries lithium-ion ont connu d'énormes progrès technologiques et économiques dans différents domaines d'application. Grâce à cette évolution accélérée, ces dispositifs ont accompagné le développement de l'électromobilité depuis les années 2000. Elles sont donc considérées comme la technologie la plus efficace pour les véhicules électriques, et dans d'autres applications telles que le stockage stationnaire.
Qu'est-ce qu'une batterie lithium-ion ?
Une batterie Lithium-ion est un dispositif de stockage d'énergie électrochimique composé de deux électrodes, une électrode positive, la cathode, et une électrode négative, l'anode, entre lesquelles les ions Lithium vont et viennent pendant le fonctionnement de la batterie
Le matériau d'intercalation le plus courant pour l'anode est le graphite. Il est connu pour sa capacité à intercaler le lithium à un potentiel proche de celui du lithium métallique (entre 0,2V et 0V).
De plus, il a une capacité théorique plus intéressante par rapport à d'autres matériaux d'intercalation (de l'ordre de 356mAh/g), comme le LTO (Lithium Titanate Oxide) qui a une capacité théorique égale à 175 mAh/g. (2)
Pour la cathode, une grande variété de matériaux d'intercalation a été proposée et utilisée en fonction de l'application et du besoin. Pour cette électrode, plusieurs métaux de transition ont été utilisés comme matériau actif comme le NMC (Nickel Manganèse Cobalt) ou le LFP (Lithium Iron Phosphate).
Quelles sont leurs différences ?
Historiquement, les batteries NMC sont les plus courantes. Cette technologie offre l'un des meilleurs rapports énergie/poids, généralement appelé " densité énergétique " ou " énergie spécifique ".
Cette densité est en constante augmentation dans les nouveaux produits sur le marché. Grâce à ces performances, les batteries à base de NMC ont rencontré un grand succès vers le marché automobile, recherchant puissance et compacité pour offrir des véhicules compétitifs avec les véhicules " classiques ", consommateurs de carburant et de gasoil.
Les batteries LFP ont un haut degré de stabilité intrinsèque et sont polyvalentes. Ces batteries sont connues pour leur stabilité thermique jusqu'à une température très élevée de l'ordre de 200°C (contre 150°C pour une batterie NMC).
Le dégagement de chaleur qui se produit à haute température est également moins violent qu'avec d'autres matériaux actifs tels que les NMC. C'est la raison pour laquelle le risque d'emballement thermique est plus faible que pour les autres chimies. (3)
Par conséquent, lorsque les dimensions de la batterie ne sont pas une contrainte, les batteries LFP sont idéales pour les véhicules utilitaires, industriels et de manutention, mais aussi pour le stockage stationnaire, ou les grands véhicules tels que les bus ou les bateaux.
Grâce au développement de cellules orientées " énergie " ou " puissance ", les batteries LFP peuvent désormais couvrir la plupart des applications nécessitant un stockage d'énergie.
La LFP : une technologie durable ?
Les batteries à base de LFP sont durables dans tous les sens du terme. Leur durée de vie (vieillissement calendaire et cyclique) est l'une des plus élevées des batteries lithium-ion, et peut être considérablement augmentée si elles ne sont pas complètement déchargées à chaque cycle (" micro-cyclage ")
Enfin, les batteries à base de LFP sont peu sujettes à l'autodécharge, ce qui permet de les stocker pendant de nombreux mois sans dégradation importante de leur état de charge.
Mais qui dit durable dit aussi éco-responsable : le cobalt des batteries NMC n'est pas abondant, et ses conditions d'extraction sont difficiles. Pour les batteries LFP, ses composants sont plus faciles à extraire, donc moins coûteux et ont l'avantage d'être plus écologiques
Pour ces raisons, SIG Energy Technology a choisi de se concentrer sur la technologie électrochimique LFP : pour sa sécurité, sa durabilité et son éco-responsabilité
En collaboration avec de grands centres de recherche comme l'Université Paris-Saclay (Faculté des Sciences), SIG est également convaincu que la LFP pourra bientôt rivaliser avec la densité énergétique d'autres technologies, dont la NMC
En conséquence, Tesla, qui utilise déjà des batteries LFP pour son Model 3 vendu en Chine, pourrait étendre son utilisation aux véhicules destinés à l'Europe et aux Etats-Unis dès cette année
1. Diapositives de la conférence du Master européen MESC (Materials for Energy Storage and Conversion), donnée par le Dr Charles Delacourt au LRCS, Amiens
2. Nitta, N., et al., Matériaux pour batteries Li-ion : présent et futur. Materials Today, 2015,18(5) : p. 252-264
3. M. Brand, S. Gläser, J. Geder, S. Menacher, S. Obpacher, A. Jossen, D. Quinger, Electrical safety of commercial Li-ion cells based on NMC and NCA technology compared to LFP technology, Hybrid Fuel Cell Electr. Veh. Symp. (2013).
