Cellules au lithium : différences, utilisations et choix des mieux adaptées

Dans cet article, nous analyserons les formats des cellules au lithium présents sur le marché et déterminerons lesquels sont les meilleurs pour les applications industrielles. 

Parmi les éléments fondamentaux des batteries au lithium figurent sans aucun doute les cellules qui les composent.

Actuellement, les formats de cellules au lithium les plus répandus sont au nombre de trois : 

• Les cellules cylindriques
• Les cellules « pouch » (en forme de poches)
• Les cellules prismatiques

Les cellules cylindriques pour batteries au lithium ressemblent beaucoup aux piles de nos télécommandes. Le format le plus répandu est le 18650 (18 mm de diamètre, 650 mm de hauteur), mais d’autres types existent également, comme le 26650, ainsi que des solutions personnalisées configurées par les fabricants desdites cellules.  

Avantages des cellules cylindriques

Les cellules cylindriques au lithium présentent une enveloppe résistante et offrent la possibilité de changer de formule tout en préservant le contenant.

Exemple de cellules cylindriques

Inconvénients des cellules cylindriques

Les aspects négatifs des cellules cylindriques au lithium-ion sont la faible capacité de chaque cellule, 3 Ah maximum, ainsi que le fait que les cellules soient assemblées en série et en dérivation avec une soudure. 

Ce type d’assemblage ne permet pas de remplacer une seule cellule, mais oblige à remplacer l’intégralité du module, entraînant ainsi des interventions contraignantes et coûteuses. Si le véhicule signale un problème au niveau de la batterie, il faut alors remplacer l’intégralité du module, ce qui mène à d’onéreux arrêts des machines.

En plus de cela, la faible capacité de chaque élément et le montage en dérivation de plusieurs éléments qui en découle provoquent souvent une baisse de la sureté de l’ensemble des batteries au lithium.

La plupart des assembleurs d’accumulateurs au lithium montent de nombreuses cellules en dérivation afin d’atteindre la capacité souhaitée. Par exemple, si des cellules de 2,5 Ah sont utilisées et que l’on désire une capacité de 200 Ah, il faut monter et relier 80 cellules en dérivation.

Si, à cause d’un problème interne, l’une de ces cellules présente un court-circuit, elle n’absorbera pas uniquement sa propre énergie, mais elle devra dissiper toute l’énergie des 80 cellules cylindriques montées en dérivation. Ce phénomène pourrait se transformer en une chaleur très élevée au niveau du module, risquant ainsi d’entraîner des effets désastreux, comme un incendie. 

Pour éviter cela, les grands fabricants comme Tesla utilisent des processus de production très sophistiqués qui permettent de relier les cellules en dérivation en utilisant une sorte de fusible. De cette façon, si une cellule présente un court-circuit, le « fusible » saute et la batterie reste sûre. 

Malheureusement, aucun fabricant de batteries au lithium n’offre ces technologies au sein du secteur industriel. Ces inconvénients nous poussent à éviter ce type de cellules dans les batteries Flash Battery.

Avec les cellules au lithium « pouch », appelées ainsi car elles ressemblent à de petits sachets / poches, les dimensions varient énormément selon les choix de conception du fabricant.

Avantages des cellules « pouch »

L’aspect positif de cette technologie au lithium est la grande densité énergétique que l’on parvient à obtenir et le faible coût de l’enveloppe. Sur le marché, on trouve des cellules « pouch » allant de quelques centaines de mAh à 20 Ah, mais les fabricants offrant des capacités supérieures sont très rares. 

Exemple de cellules à poche

Inconvénients des cellules « pouch »

Leur principal point faible est sans aucun doute la fragilité de cet emballage. Un rien ne suffit à le détériorer, et même un ongle peut l’endommager de façon irréversible. 

Le système d’empaquetage est extrêmement important avec ce type de cellules : il doit éviter toute contrainte à ces dernières, comme les vibrations, l’écrasement ou la déformation. 

Le système d’empaquetage des cellules pour la création des modules est très important, il s’avère donc extrêmement compliqué, pour ne pas dire impossible, de réaliser des modules personnalisés. 

Les cellules offrent toujours une capacité moyenne / basse.

Pour réaliser des batteries industrielles, il faudrait monter en dérivation des dizaines de cellules, diminuant ainsi la sureté des batteries. Une nouvelle fois, chaque cellule est soudée afin d’être reliée en série ou en dérivation : il est donc impossible de remplacer une cellule sans devoir remplacer l’ensemble du module.

Les cellules Li-ion prismatiques affichent une enveloppe solide, généralement en plastique ou en métal (aluminium), et présentent des bornes à vis ou à souder.

Avantages des cellules prismatiques

L’enveloppe des cellules prismatiques est très résistante. Celles-ci se prêtent facilement à la création de batterie prismatique personnalisée, évitant des études complexes et des essais onéreux sur les contraintes mécaniques. 

La grande capacité de chaque élément, une seule cellule pouvant atteindre 300 Ah, est un point fort afin de créer des batteries affichant des capacités élevées pour le secteur industriel, évitant ainsi les cellules montées en dérivation et accroissant la sureté de l’ensemble des batteries. 

Un autre aspect important sont les bornes à vis, qui simplifient l’assemblage et facilitent le remplacement éventuel d’un élément, même sur place.

Inconvénients des cellules prismatiques

Le point faible des cellules au lithium prismatiques est la densité énergétique légèrement inférieure à cause du type de contenant.

Exemple de cellules prismatiques

Pour résumer les informations concernant les cellules au lithium susmentionnées, nous pouvons dire que :

• Les cellules cylindriques  sont généralement employées pour les batteries au lithium de petites dimensions (inférieures à 2 kWh, par exemple pour les vélos électriques, les visseuses, les outils de jardinage, etc.), seul Tesla les utilise actuellement dans le secteur automobile. (foto/disegno motosega, avvitatore e bici)
• Les cellules « pouch » sont principalement fabriquées avec une formule NMC et sont utilisées en particulier au sein d’applications à haute puissance (haute tension et basse capacité) ou au sein d’applications nécessitant un encombrement restreint, par exemple les motos ou les voitures électriques. (Foto/disegno Moto, auto sportiva)
• Les cellules prismatiques sont utilisées pour les batteries au lithium dans le secteur industriel et automobile afin de réaliser des batteries aux dimensions moyennes / grandes.

En raison de leurs capacités, nous avons donc choisi d’utiliser les cellules au lithium prismatiques pour les batteries Flash Battery. Celles-ci nous permettent d’obtenir d’excellentes performances aussi bien pour les machines industrielles que les véhicules électriques. Découvrez-en plus sur notre technologie au lithium.