Il existe trois principaux types debatteries lithium-ion(Li-ion) : cellules cylindriques, prismatiques et à poche. Dans le secteur des véhicules électriques, les développements les plus prometteurs concernent les cellules cylindriques et prismatiques. Si le format cylindrique a prédominé ces dernières années, plusieurs facteurs laissent présager une possible adoption des cellules prismatiques.

Que sontCellules prismatiques

UNcellule prismatiqueUne cellule prismatique est une cellule dont la chimie est confinée dans un boîtier rigide. Sa forme rectangulaire permet d'empiler efficacement plusieurs unités dans un module de batterie. Il existe deux types de cellules prismatiques : les feuilles d'électrodes à l'intérieur du boîtier (anode, séparateur, cathode) sont soit empilées, soit enroulées et aplaties.

À volume égal, les cellules prismatiques empilées peuvent libérer plus d'énergie simultanément, offrant ainsi de meilleures performances, tandis que les cellules prismatiques aplaties contiennent plus d'énergie, offrant une plus grande durabilité.

Les cellules prismatiques sont principalement utilisées dans les systèmes de stockage d'énergie et les véhicules électriques. Leur taille importante les rend peu adaptées aux appareils de petite taille comme les vélos électriques et les téléphones portables. Elles sont donc mieux adaptées aux applications énergivores.

Que sont les cellules cylindriques ?

UNcellule cylindriqueUne pile cylindrique est un élément contenu dans un boîtier cylindrique rigide. Les piles cylindriques sont petites et rondes, ce qui permet de les empiler dans des appareils de toutes tailles. Contrairement à d'autres formats de batteries, leur forme empêche le gonflement, un phénomène indésirable où des gaz s'accumulent dans le boîtier.

Les cellules cylindriques ont d'abord été utilisées dans les ordinateurs portables, qui contenaient entre trois et neuf cellules. Elles ont ensuite gagné en popularité lorsque Tesla les a utilisées dans ses premiers véhicules électriques (la Roadster et la Model S), qui contenaient entre 6 000 et 9 000 cellules.

Les cellules cylindriques sont également utilisées dans les vélos électriques, les dispositifs médicaux et les satellites. Leur forme les rend essentielles à l'exploration spatiale ; d'autres formats de cellules seraient déformés par la pression atmosphérique. Le dernier rover envoyé sur Mars, par exemple, fonctionne grâce à des cellules cylindriques. Les voitures de course électriques hautes performances de Formule E utilisent exactement les mêmes cellules que le rover dans leur batterie.

Principales différences entre les cellules prismatiques et cylindriques

La forme n'est pas le seul élément qui différencie les cellules prismatiques et cylindriques. Parmi les autres différences importantes figurent leur taille, le nombre de connexions électriques et leur puissance de sortie.

Taille

Les cellules prismatiques sont beaucoup plus grandes que les cellules cylindriques et contiennent donc plus d'énergie par cellule. Pour donner un ordre de grandeur de la différence, une seule cellule prismatique peut contenir autant d'énergie que 20 à 100 cellules cylindriques. La taille réduite des cellules cylindriques permet de les utiliser pour des applications moins énergivores. De ce fait, elles sont utilisées dans un plus large éventail d'applications.

Relations

Les cellules prismatiques étant plus grandes que les cellules cylindriques, il en faut moins pour obtenir la même quantité d'énergie. Par conséquent, à volume égal, les batteries utilisant des cellules prismatiques nécessitent moins de soudures. C'est un avantage majeur, car cela réduit les risques de défauts de fabrication.

Pouvoir

Les cellules cylindriques stockent moins d'énergie que les cellules prismatiques, mais elles ont une puissance supérieure. Elles peuvent donc se décharger plus rapidement, car elles possèdent davantage de connexions par ampère-heure (Ah). De ce fait, les cellules cylindriques sont idéales pour les applications hautes performances, tandis que les cellules prismatiques sont optimales pour une efficacité énergétique maximale.

Parmi les applications de batteries hautes performances, on peut citer les voitures de Formule E et l'hélicoptère Ingenuity sur Mars. Ces deux appareils nécessitent des performances extrêmes dans des environnements extrêmes.

Pourquoi les cellules prismatiques pourraient prendre le pouvoir

L'industrie des véhicules électriques évolue rapidement et l'avenir des cellules prismatiques ou cylindriques reste incertain. Actuellement, les cellules cylindriques sont plus répandues, mais certains éléments laissent penser que les cellules prismatiques gagneront en popularité.

Tout d'abord, les cellules prismatiques permettent de réduire les coûts en diminuant le nombre d'étapes de fabrication. Leur format permet de fabriquer des cellules plus grandes, ce qui réduit le nombre de connexions électriques à nettoyer et à souder.

Les batteries prismatiques sont également le format idéal pour la technologie lithium-fer-phosphate (LFP), un mélange de matériaux moins coûteux et plus facilement disponibles. Contrairement à d'autres technologies, les batteries LFP utilisent des ressources abondantes sur Terre. Elles ne nécessitent pas de matériaux rares et onéreux comme le nickel et le cobalt, qui font grimper le prix d'autres types de cellules.

De nombreux signes indiquent l'émergence des cellules prismatiques LFP. En Asie, les constructeurs de véhicules électriques utilisent déjà des batteries LiFePO4, un type de batterie LFP au format prismatique. Tesla a également déclaré avoir commencé à utiliser des batteries prismatiques fabriquées en Chine pour les versions standard de ses véhicules.

La technologie LFP présente toutefois des inconvénients majeurs. D'une part, elle offre une capacité énergétique inférieure à celle des autres technologies actuellement utilisées et, de ce fait, ne peut être employée dans les véhicules hautes performances comme les Formule 1 électriques. D'autre part, les systèmes de gestion de batterie (BMS) peinent à prédire le niveau de charge de la batterie.

Vous pouvez regarder cette vidéo pour en savoir plus sur leLFPLa chimie et les raisons de sa popularité croissante.