Choisir une chimie de batterie pour votre projet

Si vous développez un produit nécessitant une alimentation portable, vous pourriez immédiatement opter pour une batterie lithium-polymère populaire ou une simple pile AA. Cependant, est-ce vraiment le choix optimal pour votre appareil ? Examinons la vaste gamme d'options disponibles, ainsi que d'autres considérations concernant le choix des batteries.

Points critiques à considérer

Un aspect souvent négligé du choix de la batterie par les ingénieurs est la manière dont le produit sera livré à l'utilisateur final. Avec les réglementations d'expédition pour les batteries à base de lithium, il peut être difficile de faire parvenir un produit avec des batteries lithium-polymère à votre utilisateur final par courrier. Mais expédier des batteries, ce n'est pas juste une question de réglementations, une batterie au plomb par exemple est très lourde et pourrait engendrer des coûts de livraison significatifs en raison du poids. Ces inconvénients peuvent l'emporter sur tout avantage que vous pourriez tirer de l'un ou l'autre de ces types de batteries.

Une autre considération souvent négligée est les conditions environnementales présentes là où l'appareil est utilisé. Si le produit doit être utilisé en extérieur, ou dans un environnement industriel, vous pourriez le trouver exposé à des températures bien inférieures, ou supérieures, à ce que certaines chimies peuvent supporter. Lorsque vous testez le produit dans votre laboratoire à température ambiante, tout semble bon, puis le produit se retrouve au Canada exposé à -40°C, ou en Australie connaissant des températures ambiantes de +45°C et tout à coup, les batteries ne fonctionnent pas comme prévu. Les batteries sont basées sur des réactions chimiques, qui ralentissent à -40°C, si l'électrolyte ne gèle pas complètement et arrête le fonctionnement de la batterie. Dans l'exemple australien, une boîte noire au soleil peut facilement atteindre plus de 70°C. De telles températures élevées peuvent causer l'échec de certaines chimies de manière spectaculaire.

Si votre produit doit être portable, le volume et le poids de la batterie peuvent jouer un rôle significatif dans le choix. Les appareils auditifs sont un excellent exemple de cela, car vous ne vous attendriez pas à voir une batterie au plomb dans un appareil auditif, du moins pas dans un destiné à l'usage humain.

La tension de la batterie pourrait également jouer un rôle significatif dans votre choix. Si vous avez besoin de plusieurs cellules pour atteindre une tension pratique pour votre projet, le pack pourrait devenir trop encombrant ou peu pratique. Étroitement liée à la tension est bien sûr le courant. Certaines batteries sont capables de très forts courants, et d'autres peuvent avoir du mal à en produire beaucoup. Si vous avez des besoins élevés en courant pour des moteurs, des LED brillantes, ou de la puissance de traitement, vous pourriez immédiatement exclure de nombreuses chimies.

Comme exemple de ces considérations, j'ai eu un crash d'autopilote expérimental avec un petit avion de photographie agricole sans pilote il y a quelque temps. Le crash s'est produit au milieu d'un champ qui n'avait pas vu la pluie depuis 6 mois, par une journée venteuse à 42°C. La grande batterie de 4 cellules en lithium-ion polymère a été écrasée, et une cellule a commencé à défaillir. Cela s'est propagé aux autres cellules jusqu'à ce que les gaz s'échappant prennent feu et mettent le feu à l'herbe environnante. Nous avons eu de la chance d'avoir un camion de pompiers à disposition pour cette éventualité, sinon cela aurait pu être une catastrophe majeure. Depuis lors, nous n'avons volé qu'avec des cellules LiFePO4, car elles ne présentent pas ce mode de défaillance en cascade et sont beaucoup plus stables. J'avais besoin de la densité énergétique d'une cellule secondaire au lithium, mais pas de la capacité à coûter des millions en responsabilité de dommages par incendie.

L'incendie peut ne pas sembler grand-chose, mais si cela s'était produit à l'extrémité lointaine de sa zone de vol près des arbres au loin, cela aurait été une énorme catastrophe le temps que nous puissions y conduire. J'ai crashé des dizaines d'avions en testant de nouveaux matériels/logiciels, c'était la première fois qu'un prenait feu. Cela montre que malgré beaucoup de tests, les cas limites de comportement des batteries peuvent vous surprendre si la situation est juste parfaite.

Cellules Primaires vs Secondaires

Lorsque vous recherchez une batterie, vous devez considérer si une batterie rechargeable est le bon choix ou non. Avoir un circuit de charge dans votre appareil peut être très pratique, mais cela peut également venir avec des exigences réglementaires significatives et des approbations de sécurité. Les batteries à base de lithium sont sensibles à la manière dont elles sont chargées, et peuvent causer un désastre enflammé si elles ne sont pas bien traitées. D'autres chimies acceptent d'être surchargées sans se transformer en moteur de fusée.

Si vous avez un appareil qui sera stocké pendant longtemps et qui nécessite une fiabilité incroyable lorsqu'il est utilisé, alors une batterie rechargeable n'est probablement pas la solution que vous recherchez. Des exemples que vous pourriez avoir rencontrés incluent les balises de localisation personnelles et les défibrillateurs externes automatiques.

Alors, qu'est-ce qu'une cellule primaire ou une cellule secondaire ? Simplement, une cellule primaire est à usage unique. Les produits chimiques dans la batterie créent une charge, mais cette réaction ne peut pas être inversée en chargeant la cellule. Une cellule secondaire permet la réutilisation par recharge.

Les cellules primaires ont généralement des densités énergétiques et une durée de vie de stockage relativement élevées par rapport à leurs homologues secondaires. Les cellules secondaires peuvent être plus pratiques, car elles n'ont pas besoin d'être remplacées après avoir été vidées, cependant, elles ne peuvent pas être stockées dans un état chargé pendant une longue période et peuvent ne pas avoir une capacité comparable pour la même taille de cellule à une cellule primaire.

Comparaison Rapide

Voici une comparaison rapide de ce que je considère comme les facteurs importants pour chaque chimie.

Cellules Primaires

Pour le courant de décharge, C est la capacité. Donc, une décharge de 0.1C d'une batterie de 2500mAh serait de 250mAh.

Cellules Secondaires

Le Nickel Cadmium est interdit pour les nouvelles applications en Europe.

Alcaline

Environ 80 % des piles fabriquées sont des cellules alcalines, elles sont donc probablement la chimie de batterie à laquelle vous avez été le plus exposé. Ce sont des cellules primaires, ce qui signifie qu'elles ne sont pas rechargeables. Vous les trouverez sous de nombreuses formes courantes, telles que les tailles de lettres (AAA, AA, C, D), les piles bouton ou les packs de cellules (pile 9v). Ces formes communes ne sont pas exclusives aux piles alcalines, mais sont la forme la plus standardisée dans laquelle vous trouverez une pile alcaline.

La tension nominale d'une pile alcaline est de 1,5v. Cependant, une nouvelle pile variera de 1,5v à 1,65v selon sa qualité. Une cellule entièrement déchargée aura une tension de repos d'environ 0,8v à 1,0v.

Cette plage de tension est assez pratique pour la plupart des appareils électroniques, car trois cellules avec un régulateur à très faible chute de tension peuvent alimenter un appareil de 3,3v. À la fin de la capacité de la cellule, la tension chutera davantage, mais la plupart des circuits intégrés géreront la tension plus basse avec élégance. Cependant, en raison du fait que les mêmes tailles de cellules sont utilisées avec des cellules secondaires ayant une tension nominale de 1,2v, un pack de quatre cellules est généralement le minimum que vous voudriez utiliser pour alimenter un appareil de 3,3v.

Le courant de décharge d'une cellule alcaline est relativement faible, et la capacité utilisable est directement liée au courant de décharge. Avec un courant de 25mA tiré d'une cellule de taille AA, vous pouvez vous attendre à environ 2700mAh. Cependant, avec une charge de 500mA, vous verrez juste environ la moitié de cette capacité utilisable.

Les piles alcalines n'ont aucune restriction pour le transport par avion, et sont disponibles dans pratiquement chaque épicerie, magasin de proximité et quincaillerie dans le monde, ce qui rend le remplacement des piles épuisées très simple. Le coût des alcalines de marque peut être assez élevé, mais les marques à bas coût et les marques de magasin peuvent être exceptionnellement bon marché avec très peu de capacité perdue, et peuvent même détenir une capacité supérieure à l'option de marque.

L'un des principaux inconvénients des piles alcalines est qu'elles sont sujettes à fuir. Certaines cellules de marque sont annoncées comme 100 % étanches avec une garantie, et selon votre application, cela peut valoir la peine de payer le supplément pour la marque. Les fuites sont causées lorsque la batterie se décharge et génère du gaz hydrogène. Ce gaz peut provoquer la défaillance de l'isolation entre le boîtier et le capuchon, ou l'ouverture d'autres dispositifs de sécurité tels que les évents. Une fois le joint rompu, l'acide s'écoulera sous forme de croissance cristalline qui corrodera la plupart des métaux avec lesquels elle entre en contact.

Les piles alcalines sont facilement recyclables, de nombreux magasins d'alimentation et de fournitures de bureau dans le monde (surtout en Europe) proposant des bacs de recyclage pour elles.

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Lithium (Cellules primaires)

Il existe deux principales chimies pour les cellules primaires au lithium destinées aux consommateurs, le dioxyde de manganèse au lithium (Li-MnO2) et le disulfure de fer au lithium (Li-FeS2). Les cellules de dioxyde de manganèse au lithium ont une tension nominale de 3-3,3v et se trouvent généralement dans des emballages de type bouton. Le disulfure de fer au lithium est le plus couramment trouvé dans les cellules de remplacement alcalines à haute décharge/capacité dans les batteries de taille AAA/AA.

Si vous travaillez dans l'aérospatiale ou les applications militaires, le monofluorure de carbone au lithium est une option viable pour une faible auto-décharge à des températures élevées, et est qualifié pour des applications dans l'espace. La haute densité énergétique le rend idéal pour de telles applications, cependant son coût est prohibitif pour les produits de consommation.

Les batteries au lithium de toutes chimies sont restreintes pour le transport aérien. Certaines compagnies aériennes, coursiers et services postaux ne les transportent plus du tout, ou peuvent restreindre le transport aux batteries installées dans l'équipement du consommateur. Malheureusement, cela n'est pas dû à une surabondance de prudence ; plusieurs avions de fret ont été perdus en raison d'incendies de cellules primaires et secondaires au lithium lorsque les cellules étaient mal emballées ou défectueuses. Il y a eu de multiples incidents d'incendie impliquant des batteries au lithium, que vous pouvez trouver en recherchant dans les archives du NTSB et du CTSB.

Dioxyde de Manganèse au Lithium

Cette chimie de cellule au lithium est la plus courante sur le marché. Vous les trouverez probablement alimentant des montres ou des batteries d'horloge en temps réel en raison de leur faible auto-décharge et de leur haute densité énergétique. À des températures élevées, le taux d'auto-décharge augmente rapidement, ce qui les rend plus adaptées aux applications à température ambiante.

La tension nominale de la cellule est de 3,0v, mais une cellule neuve offrira une tension à circuit ouvert d'environ 3,3v. Une fois complètement déchargée, la cellule aura une tension à circuit ouvert d'environ 2,0v. Dans une cellule de 2500mAh, les taux de décharge entre 5mA et 100mA ont un effet négligeable sur la capacité utilisable. Cependant, sous une charge de 200mA, la cellule n'aura que 1700mAh de charge utilisable, et sous une charge de 300mA, cela tombe à environ 1300mAh. Les cellules de dioxyde de manganèse au lithium gèrent bien les courtes impulsions de courant élevé, mais pas la charge continue. Leur courant utilisable varie également considérablement avec la température. Par exemple, à 60°C, une charge de 40mA sur la cellule de 2500mAh mentionnée précédemment permettra de consommer les 2500mAh complets, mais à 0°C, ce chiffre tombe à environ 2200mAh. Il chute encore rapidement entre -10°C et -20°C, passant de 1800mAh à juste un peu plus de 1000mAh.

La plupart des tailles de cellules bouton courantes sont facilement disponibles dans le monde entier dans les magasins de proximité et les épiceries. Malheureusement, celles-ci peuvent aussi se trouver juste à côté des remplacements alcalins dans le même emballage, qui sont moins chers. Un utilisateur final peut sans le savoir utiliser une cellule alcaline comme remplacement, ce qui peut causer un dysfonctionnement de votre appareil par rapport aux spécifications si vous nécessitez des impulsions de décharge élevées ou la capacité bien plus grande de la cellule au lithium.

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Disulfure de Fer au Lithium

Si vous recherchez une batterie pour des températures très basses, peu de choses peuvent rivaliser avec une batterie au lithium fer disulfide. On les trouve couramment sous la forme de piles AAA ou AA Energizer Lithium/Lithium Advanced. Le prix par watt-heure est très élevé pour ces cellules, par rapport à une batterie alcaline. Cependant, si l'application nécessite une longue durée de vie, ou s'il sera difficile de remplacer les batteries déchargées, elles pourraient être la seule option viable. J'ai utilisé ces batteries dans une application qui nécessitait une performance à -50°C, et c'étaient les seules batteries qui fonctionnaient. Ces cellules ont une tension nominale de 1,5v avec une tension à circuit ouvert complètement chargée d'environ 1,7v. Lorsqu'elles sont complètement déchargées, la cellule descendra à environ 0,8v à circuit ouvert. En plus des capacités à basse température de ces batteries, elles gèrent exceptionnellement bien des taux de décharge continus relativement élevés. Une cellule Energizer Ultimate Lithium au format AA a presque le double de la capacité d'une cellule alcaline, et surtout, cette capacité baisse à peine sous une charge de 1amp. Sous une charge de 1amp, la cellule conservera presque toute sa capacité de 3500mAh, là où une batterie alcaline aurait moins d'un tiers de sa capacité nominale à faible courant utilisable. Vous trouverez ces cellules dans la plupart des grands magasins du monde. Les petites épiceries ne les auront pas toujours en raison de leur coût relativement élevé. Comparez les batteries au Lithium Fer Disulfide sur Octopart. Zinc Oxide Parfois appelée une batterie zinc-air, vous trouverez ces batteries dans une gamme limitée de tailles. Principalement, ces batteries sont utilisées dans les appareils auditifs et ont une capacité énorme, mais une fois activées, elles ont une durée de vie très courte. Les batteries zinc-air ont un autocollant sur un côté de la cellule pour empêcher l'air d'entrer. L'oxygène dans l'air forme la cathode, donc une fois l'autocollant retiré, la batterie peut fonctionner. L'anode de la batterie est saturée d'un électrolyte qui attirera l'humidité atmosphérique et diminuera en efficacité, ainsi que réagira avec le dioxyde de carbone qui réduit sa conductivité. Ces propriétés donnent aux cellules une durée de vie d'environ 7 à 12 jours une fois exposées, indépendamment de l'utilisation. Si vous avez une application qui permet des changements de batterie fréquents avec un très petit facteur de forme, cette batterie pourrait être pour vous. Les batteries au zinc oxyde ont une tension nominale de 1,4v, et auront une tension à circuit ouvert d'environ 1,05v lorsqu'elles sont complètement déchargées. Bien que la chimie ait la densité d'énergie la plus élevée sur le marché, le taux de décharge est assez limité. Energizer considère une impulsion de 24mA toutes les 2 heures, avec une décharge continue de 8mA sur la cellule, comme étant une décharge élevée, et avec un tirage de 5mA comme étant standard sur une cellule de 600mAh. La capacité de décharge dépend également fortement de la température, la réaction chimique n'étant pas pratique en dessous d'environ -10⁰C. Vous pouvez acheter des batteries pour appareils auditifs dans la plupart des magasins qui vendent n'importe quel type de batterie, et dans les pharmacies du monde entier. La disponibilité immédiate de ces batteries pourrait les rendre très attrayantes malgré la courte durée de vie. Silver Oxide

Vous ne trouverez des piles à l'oxyde d'argent que sous forme de pile bouton et elles sont relativement chères. Les piles alcalines de mêmes dimensions et tension sont facilement disponibles, mais ont une capacité nettement inférieure. Si vous avez besoin d'une solution compacte, à faible courant, qui offre des années de durée de vie et une haute capacité, vous pourriez envisager une pile à l'oxyde d'argent.

La tension nominale est légèrement supérieure à celle d'une cellule alcaline, à 1,55v, et la cellule peut être déchargée jusqu'à 1,2v. La capacité diminue de manière linéaire de la température ambiante jusqu'à -20⁰C, où la cellule a environ 50% de sa capacité utilisable à température ambiante. Une pile à l'oxyde d'argent a une performance de décharge extrêmement faible, avec la plupart des fiches techniques fournissant des courbes de décharge pour seulement 0,2mA, sans démonstration de capacité de charge pulsée.

Les piles à l'oxyde d'argent sont plus difficiles à trouver que les piles alcalines de même taille. Lorsque je cherchais dans les magasins locaux au Royaume-Uni, je n'ai pu trouver que des piles bouton alcalines et au lithium. Elles sont facilement disponibles en ligne, mais probablement pas quelque chose que vous pourrez acheter en remplacement lors de vos courses.

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Plomb Acide

Les batteries au plomb acide sont très bon marché par watt-heure, mais sont assez volumineuses et très lourdes. Vous les trouverez couramment dans les automobiles et les systèmes d'alarme. Si vous avez besoin de faire fonctionner un système dans un emplacement fixe et éloigné potentiellement avec une charge solaire pendant la journée, une batterie au plomb acide pourrait être exactement ce que vous recherchez. Les batteries ne sont pas particulièrement difficiles à charger et sont assez sûres, et une batterie de loisir de 100 ampères-heure fera fonctionner la plupart des systèmes pendant une période prolongée de manière très fiable à un coût minimal.

Une batterie au plomb acide a une tension nominale de 2,1v par cellule, mais elles sont rarement proposées en cellule unique. Typiquement, elles sont disponibles en configurations de 3, 6 ou 12 cellules, avec des batteries d'alarme de 3 ou 6 cellules, des batteries automobiles et de loisir ayant 6 cellules, et des batteries de camion ayant 12. Les taux de décharge pour de courtes périodes de temps sont assez impressionnants ; une batterie de camion léger typique se déchargera de plus de 7C à froid.

L'élimination de la batterie peut être difficile en raison de la construction en plomb et en acide sulfurique, et peut être très dangereuse si elle est endommagée. Typiquement, lors de l'achat d'une nouvelle batterie, vous pourrez échanger l'ancienne pour le recyclage.

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Nickel Cadmium

Les batteries au nickel cadmium sont une technologie plus ancienne qui a été presque complètement remplacée par les NiMH (discutées ensuite), et la chimie est interdite pour toutes nouvelles applications en Europe. Les cellules sont très bon marché et peuvent gérer des taux de décharge très élevés, ce qui est attrayant, cependant, le danger environnemental annule les légers avantages de coût de cette chimie.

En raison des restrictions d'utilisation en Europe, cette chimie peut être considérée comme obsolète et non adaptée à tout nouveau design.

Hydrure Métallique de Nickel

Contrairement au nickel-cadmium, les cellules d'hydrure métallique de nickel sont disponibles partout dans le monde en grande abondance. Si vous travaillez sur un appareil grand public, les batteries NiMH sont un concurrent très sérieux pour une cellule secondaire. Elles n'ont pas la même densité énergétique que les cellules secondaires à base de lithium, mais elles n'ont pas non plus de restrictions sur le transport, ne prendront pas feu si vous ne les chargez pas correctement, et sont extrêmement bon marché. Les cellules d'hydrure métallique de nickel ne conviennent pas aux applications à décharge élevée et ont des caractéristiques de décharge spontanée élevées. Il existe cependant de nouvelles chimies à faible décharge spontanée, mais la densité énergétique est encore plus faible dans ces cellules.

La tension nominale d'une batterie NiMH est inférieure à celle d'une batterie alcaline de même taille, à 1,2v plutôt que les 1,5v de l'alcaline. Cela peut poser des problèmes dans un circuit conçu pour la tension plus élevée de l'alcaline. Lorsqu'elle est complètement déchargée, la cellule aura une tension de circuit ouvert d'environ 0,9v. Bien que la chimie ne soit pas adaptée à un courant de décharge élevé continu, elle est encore capable de gérer une décharge de 2C.

La décharge spontanée peut être un problème majeur avec les cellules NiMH. Les nouvelles chimies annoncées comme à faible décharge spontanée (LSD) peuvent perdre aussi peu que 1% de capacité par mois, ce qui est similaire à une cellule primaire. Cela vient avec une pénalité d'environ 8-10% de capacité en moins dans la cellule. D'autre part, les chimies non à faible décharge spontanée peuvent perdre 20% de leur charge le premier jour après la charge, et jusqu'à 4% par jour par la suite. Pour les applications qui ont peu de tirage de courant, la perte de capacité d'une cellule à faible décharge spontanée peut être plus que compensée par une durée de vie prolongée.

Les cellules NiMH sont largement disponibles, cependant il vaut bien vérifier leur emballage pour la capacité. Dans les tailles de cellules plus grandes, telles que C et D, les grandes marques ont été connues pour monter une cellule plus petite dans un boîtier en plastique ce qui donne à la cellule une fraction de la capacité attendue, à un prix plus élevé qu'une marque moins connue. Cela signifie que vous pouvez facilement trouver des cellules AA, C et D toutes avec la même capacité et un poids similaire d'une marque telle qu'Energizer.

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Nickel Zinc

Si la tension inférieure à l'alcaline des hydrures métalliques de nickel les rend impraticables pour votre application, le nickel zinc pourrait être ce que vous recherchez, en raison de sa tension plus élevée. L'invention du nickel zinc remonte à 1901, mais ce n'est que récemment que les options commerciales sont devenues viables après avoir résolu le problème de la durée de vie très limitée de la batterie. Maintenant, les cellules NiZn peuvent atteindre un nombre de cycles similaire à celui des NiMH. Malheureusement, les cellules ont une décharge spontanée assez substantielle, qui est signalée comme augmentant considérablement après environ 30 cycles.

La chimie NiZn offre une tension nominale de 1,65v, qui peut toutefois atteindre 1,85v après la charge. Un design s'attendant à une cellule NiMH ou Alcaline pourrait trouver la tension au-delà de la notation de certains composants, selon le nombre de cellules en série. Complètement déchargée, la cellule sera laissée à 1,1 ou 1,2v. Les cellules ont typiquement des graphiques de fiches techniques du fabricant avec une décharge de 3C ou plus montrant seulement une baisse négligeable de la capacité de décharge, les rendant très attrayantes pour les dispositifs à courant élevé, ou les dispositifs avec des impulsions de courant élevé.

L'auto-décharge de ces cellules est le plus grand inconvénient pour elles à mon avis. C'est assez substantiel à plus de 10% par mois ! Si votre application nécessite que les batteries durent des mois, cela pourrait exclure une cellule NiZn. Si vous avez besoin d'une haute ampérage ou d'une tension plus élevée que NiMH, et pouvez charger les batteries plus fréquemment, cela peut ne pas être un problème.

Actuellement, les cellules NiZn sont le plus facilement disponibles en formats AAA et AA, et je les ai seulement trouvées en ligne. Les magasins d'électronique et de photographie au Royaume-Uni ne les stockaient pas lors de ma visite.

Lithium (Cellules Secondaires)

Tout comme leurs homologues à cellules primaires, les cellules secondaires au lithium sont fortement restreintes pour le voyage en raison de leur propension à se transformer en moteurs de fusée de feu et de destruction. Vous avez probablement entendu des histoires dans les médias de téléphones, ordinateurs portables, ou tablettes se transformant en boules de feu ! Eh bien, c'est à cause de la batterie au lithium. Le fret aérien dans de nombreux pays est interdit, et même le fret terrestre peut être restreint. Cela peut rendre très difficile la vente d'un produit avec une batterie lithium rechargeable intégrée. J'ai beaucoup d'expérience avec les cellules secondaires au lithium, et je pense que beaucoup de dangers d'incendie sont exagérés, mais j'ai eu des incendies, et c'est certainement quelque chose à garder à l'esprit.

Les cellules au lithium ont une densité énergétique très attrayante et des taux de décharge énormes dans certaines chimies. Pourtant, cette volatilité signifie qu'elles sont très sensibles à être trop déchargées, surchargées, surchauffées, et à avoir un tirage de courant trop élevé. Si vous utilisez une cellule secondaire au lithium, vous devriez vous assurer que votre circuit de protection et de charge de la batterie sont adaptés. Il est très courant de trouver des capteurs thermiques attachés aux cellules au lithium dans les conceptions pour permettre à l'appareil de s'éteindre si la batterie devient trop chaude à cause de la décharge ou de la charge.

Il existe beaucoup de chimies disponibles pour les batteries au lithium, et vous ne saurez peut-être pas réellement ce que vous achetez. La plus courante que vous verrez est l'oxyde de cobalt lithium (LiCoO2), qui est typiquement étiquetée ‘ICR’. Gagnant en popularité est l'oxyde de manganèse lithium (LiMn2O4) qui est typiquement étiqueté ‘IMR’. Le manganèse est significativement moins cher que le cobalt, et résulte en une tension de cellule plus élevée (3,9v nominal contre 3,7v nominal). Cependant, les cellules au manganèse ont une densité énergétique plus faible. Les cellules à haute décharge peuvent être l'oxyde de nickel manganèse cobalt lithium (LiNixMnyCo1-x-yO2), qui sont étiquetées comme ‘INR’. Les cellules INR ont également une très bonne densité énergétique, et sont ce que vous pourriez trouver dans un véhicule électrique. Ce sont toutes des technologies ion lithium, qui sont également disponibles dans une construction polymère ion lithium. Le phosphate de fer lithium (LiFePO4) est discuté séparément.

Lithium Ion vs Polymère Ion Lithium

La principale différence entre les deux réside dans la méthode de construction. Les cellules en polymère de lithium utilisent une fine membrane polymère microporeuse avec un électrolyte en gel, ce qui résulte en une densité énergétique plus élevée et un potentiel de taux de décharge plus élevé. Cette fine membrane polymère est également ce qui rend les cellules polymères plus volatiles, car il est plus facile pour une cellule de se court-circuiter ou pour une surchauffe de causer des problèmes. Cela, combiné à la densité énergétique plus élevée, permet une défaillance plus énergétique.

Vous trouverez les deux constructions disponibles dans les cellules cylindriques, ainsi que dans les cellules prismatiques (pochette). Les coûts sont généralement plus bas pour le lithium-ion, car la construction est moins compliquée.

Les chimies nominales de 3.7v ont toutes des tensions de charge de pointe de 4.2v, et ne devraient jamais être déchargées à 3.0v. Une batterie déchargée en dessous de 2.8v par cellule subira des dommages et sa durée de vie sera réduite, avec un risque accru de devenir instable lors de la charge ou d'une décharge importante.

Phosphate de Fer Lithium

LiFePO4 est le cousin plus calme, de densité légèrement inférieure, de tension plus basse par rapport aux autres cellules de lithium-ion.

Le phosphate de fer lithium vous offre une tension nominale de 3.2v, et ne devrait pas être déchargé à moins de 2.2v. Décharger jusqu'à 2.0v risque d'endommager la cellule. Comparé au lithium-ion, et surtout au polymère de lithium-ion, ils ont environ 20% d'amperage de décharge de pointe et de capacité inférieurs pour le même poids/volume. Si votre application nécessite une haute décharge, mais aussi une sécurité améliorée par rapport aux autres options au lithium, cette cellule pourrait être pour vous.

Comme une note sur mon histoire à propos du feu, je faisais s'écraser un avion ou deux par semaine à ce moment-là en travaillant sur les bugs. Généralement, les cellules pouvaient finir par ressembler à une banane et être fines, mais il suffit d'un événement où la cellule se court-circuite à l'intérieur et provoque un incendie pour causer beaucoup de dégâts. Les cellules de polymère de lithium-ion de petite capacité sont plutôt difficiles à mettre en feu. J'ai essayé très fort d'endommager physiquement des packs notés à 100-200mAh au point de provoquer un incendie sans aucun succès. Cependant, surcharger même une petite batterie est assez susceptible de mal finir.

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