Comment fonctionnent les batteries lithium-ion : Guide clair de leur puissance

En tant que vecteur d'énergie électrique et source d'alimentation pour de nombreux appareils, nous pouvons bien dire que les batteries lithium-ion sont essentielles pour nous. Sans elles, notre monde est peu susceptible de fonctionner correctement. Alors qu'est-ce qu'une batterie lithium-ion ? Et qu'est-ce qui la rend si importante ?

Qu'est-ce qu'une batterie lithium-ion et comment fonctionne-t-elle ?

Les batteries lithium-ion sont des batteries rechargeables, ce qui signifie qu'elles reposent principalement sur le mouvement des ions lithium entre les électrodes positives et négatives. Pendant la charge et la décharge, Li+ est intercalé et désintercalé entre les deux électrodes. Lors de la charge, Li+ est désintercalé de l'électrode positive, puis inséré dans l'électrode négative à travers l'électrolyte, de sorte que l'électrode négative est dans un état riche en lithium. Lors de la décharge, vice versa.

La batterie lithium peut être divisée en batterie lithium et batterie lithium-ion. Nous utilisons des batteries lithium-ion sur nos gadgets quotidiens comme les téléphones mobiles et les ordinateurs portables, mais nous les appelons généralement batteries lithium à la place. Généralement, les batteries lithium utilisent des matériaux contenant du lithium comme électrodes, ce qui en fait l'icône des batteries haute performance modernes. Les vraies batteries lithium sont rarement utilisées dans notre vie quotidienne en raison de leur haut risque de sécurité.

Avantages et inconvénients des batteries lithium-ion

Avantages

• Haute tension. La tension de fonctionnement de la cellule unique est aussi haute que 3,7-3,8V (3,2V pour le lithium fer phosphate), ce qui est trois fois celle des batteries Ni-Cd et Ni-MH.
• Grande énergie spécifique. L'énergie spécifique réelle est d'environ 555 Wh/kg, ce qui signifie que la capacité spécifique du matériau peut atteindre plus de 150 mAh/g (3-4 fois celle de Ni-Cd, 2-3 fois celle de Ni-MH), ce qui est proche de 88 % de sa valeur théorique.
• Longue durée de vie cyclique. Généralement, elle peut atteindre plus de 500 fois, ou même plus de 1000 fois de charge, et le lithium fer phosphate peut atteindre plus de 2000 fois.
• Faible auto-décharge. À température ambiante, le taux d'auto-décharge d'une Li-ion complètement chargée après avoir été stockée pendant un mois est d'environ 2 %, ce qui est bien plus bas que Ni-Cd (qui est 25-30 %) et Ni-MH (qui est 30-35 %).
• Charge rapide. La capacité de 1C peut atteindre plus de 80 % de la capacité nominale après 30 minutes de charge, et celle de la batterie fer-phosphate peut atteindre 90 % de la capacité nominale en 10 minutes.
• Température de fonctionnement. La température de fonctionnement est de -25 à 45 °C. Avec l'amélioration de l'électrolyte et de la cathode, on s'attend à l'étendre à -40 à 70 °C.

Inconvénients

• Vieillissement facile. Contrairement aux autres batteries rechargeables, la capacité des batteries lithium-ion décline lentement. Le taux de déclin dépend du nombre d'utilisations et de la température. Parce que les hautes températures peuvent être destructrices (le matériau de la batterie se décompose), la caractéristique est plus facile à incarner dans les produits électroniques avec un courant de fonctionnement élevé.
• Intolérance à la surcharge. En cas de surcharge, les ions lithium excessivement insérés seront immobilisés de façon permanente dans le réseau, et ne pourront pas être libérés, résultant en une courte durée de vie de la batterie.
• Intolérance à la surdécharge. Lors de la surdécharge, l'électrode désintercale trop d'ions lithium, résultant en l'effondrement du réseau et une durée de vie de la batterie raccourcie.
• Problèmes de sécurité. L'électrolyte organique utilisé dans les batteries lithium-ion fait que la batterie a certains risques de sécurité tels que la combustion ou même l'explosion.

Applications

Actuellement, les batteries lithium-ion sont principalement utilisées dans les domaines suivants.

Application dans les produits électroniques

Les batteries lithium-ion peuvent être rendues plus petites et plus légères, donc elles sont largement utilisées dans les produits électroniques portables. Avec la popularité des téléphones mobiles, appareils photo numériques, caméscopes, ordinateurs portables et consoles de jeux portables (PSP), le marché des batteries lithium-ion a maintenu une croissance rapide.

Application sur les véhicules de transport

La batterie lithium-ion a les avantages de bonne densité énergétique et de puissance. Globalement, elle surpasse les autres batteries, donc elle a été largement utilisée dans divers véhicules électriques tels que les vélos électriques et les voitures électriques.

Application dans l'aérospatiale

En 2004, les batteries lithium-ion ont été utilisées dans l'atterrisseur et le rover Mars. En plus, l'Agence d'Exploration Spatiale de la NASA et d'autres agences spatiales envisagent l'utilisation de batteries lithium-ion dans les missions spatiales. Actuellement, la fonction principale des batteries lithium-ion dans le domaine de l'aviation est de fournir un soutien pour le lancement, la correction de vol et les opérations au sol.

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