Les six principaux types de batteries lithium-ion : une comparaison visuelle (partie 1 – 2)
Les six types de batteries lithium-ion : une comparaison visuelle
Les batteries lithium-ion sont au centre de la transition énergétique propre en tant que technologie clé alimentant les véhicules électriques (VE) et les systèmes de stockage d’énergie.
Cependant, il existe de nombreux types de batteries lithium-ion, chacune avec des avantages et des inconvénients.
L’infographie ci-dessus montre les compromis entre les six principales technologies de cathode lithium-ion basées sur les recherches de Miao et al. et l’Université de la batterie . Il s’agit de la première des deux infographies de notre série sur la technologie des batteries .
Comprendre les six principales technologies lithium-ion
Chacun des six différents types de batteries lithium-ion a une composition chimique différente.
Les anodes de la plupart des batteries lithium-ion sont en graphite. En règle générale, la composition minérale de la cathode est ce qui change, ce qui fait la différence entre les chimies de la batterie.
Le matériau de la cathode contient généralement du lithium ainsi que d’autres minéraux, notamment du nickel, du manganèse, du cobalt ou du fer. Cette composition détermine en fin de compte la capacité, la puissance, les performances, le coût, la sécurité et la durée de vie de la batterie.
Dans cet esprit, examinons les six principales technologies de cathode lithium-ion.
#1 : Lithium Nickel Manganèse Cobalt Oxyde (NMC)
Les cathodes NMC contiennent généralement de grandes proportions de nickel, ce qui augmente la densité d’énergie de la batterie et permet des portées plus longues dans les véhicules électriques. Cependant, une teneur élevée en nickel peut rendre la batterie instable, c’est pourquoi le manganèse et le cobalt sont utilisés pour améliorer la stabilité thermique et la sécurité. Plusieurs combinaisons NMC ont connu un succès commercial, notamment NMC811 (composé de 80 % de nickel, 10 % de manganèse et 10 % de cobalt), NMC532 et NMC622 .
#2 : Oxyde d’aluminium lithium-nickel-cobalt (NCA)
Les batteries NCA partagent les avantages à base de nickel avec NMC, y compris une densité d’énergie élevée et une puissance spécifique. Au lieu du manganèse, NCA utilise de l’aluminium pour augmenter la stabilité. Cependant, les cathodes NCA sont relativement moins sûres que les autres technologies Li-ion, plus chères et généralement utilisées uniquement dans les modèles de véhicules électriques hautes performances.
#3 : Lithium Fer Phosphate (LFP)
En raison de leur utilisation de fer et de phosphate au lieu de nickel et de cobalt, les batteries LFP sont moins chères à fabriquer que les variantes à base de nickel. Cependant, ils offrent une énergie spécifique moindre et conviennent mieux aux véhicules électriques standard ou à courte portée. De plus, le LFP est considéré comme l’un des produits chimiques les plus sûrs et a une longue durée de vie, ce qui permet son utilisation dans les systèmes de stockage d’énergie.
#4 : Oxyde de lithium-cobalt (LCO)
Bien que les batteries LCO soient très denses en énergie, leurs inconvénients incluent une durée de vie relativement courte, une faible stabilité thermique et une puissance spécifique limitée. Par conséquent, ces batteries sont un choix populaire pour les applications à faible charge comme les smartphones et les ordinateurs portables, où elles peuvent fournir des quantités d’énergie relativement plus petites pendant de longues durées.
#5 : Oxyde de lithium manganèse (OMT)
Également connues sous le nom de batteries au spinelle de manganèse, les batteries LMO offrent une sécurité accrue et des capacités de charge et de décharge rapides. Dans les véhicules électriques, le matériau de cathode LMO est souvent mélangé avec NMC, où la partie LMO fournit un courant élevé lors de l’accélération, et NMC permet des plages de conduite plus longues.
#6 : Titanate de lithium (LTO)
Contrairement aux autres chimies ci-dessus, où la composition de la cathode fait la différence, les batteries LTO utilisent une surface d’anode unique en oxydes de lithium et de titane. Ces batteries présentent une excellente sécurité et des performances à des températures extrêmes, mais ont une faible capacité et sont relativement chères, ce qui limite leur utilisation à grande échelle.
Quelles batteries dominent le marché des véhicules électriques ?
Maintenant que nous connaissons les six principaux types de batteries lithium-ion, lesquels dominent le marché des véhicules électriques, et comment cela va-t-il changer à l’avenir ?
Pour le savoir, restez à l’écoute pour la partie 2 de la série sur la technologie des batteries , où nous examinerons les principales chimies des batteries EV par part de marché prévue de 2021 à 2026.
Infographie présenté dans Visual Capitalist Elements par Govind Bhutada – The Six Major Types of Lithium-ion Batteries: A Visual Comparison
(traduction libre)
The Six Major Types of Lithium-ion Batteries: A Visual Comparison
Publié il y a 6 jours sur 18 avril 2023
Par Govind Bhutada
Conception graphique:
Christina Kostandi
Clayton Wadsworth
The Six Types of Lithium-ion Batteries: A Visual Comparison
Lithium-ion batteries are at the center of the clean energy transition as the key technology powering electric vehicles (EVs) and energy storage systems.
However, there are many types of lithium-ion batteries, each with pros and cons.
The above infographic shows the tradeoffs between the six major lithium-ion cathode technologies based on research by Miao et al. and Battery University. This is the first of two infographics in our Battery Technology Series.
Understanding the Six Main Lithium-ion Technologies
Each of the six different types of lithium-ion batteries has a different chemical composition.
The anodes of most lithium-ion batteries are made from graphite. Typically, the mineral composition of the cathode is what changes, making the difference between battery chemistries.
The cathode material typically contains lithium along with other minerals including nickel, manganese, cobalt, or iron. This composition ultimately determines the battery’s capacity, power, performance, cost, safety, and lifespan.
With that in mind, let’s take a look at the six major lithium-ion cathode technologies.
#1: Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC)
NMC cathodes typically contain large proportions of nickel, which increases the battery’s energy density and allows for longer ranges in EVs. However, high nickel content can make the battery unstable, which is why manganese and cobalt are used to improve thermal stability and safety. Several NMC combinations have seen commercial success, including NMC811 (composed of 80% nickel, 10% manganese, and 10% cobalt), NMC532, and NMC622.
#2: Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (NCA)
NCA batteries share nickel-based advantages with NMC, including high energy density and specific power. Instead of manganese, NCA uses aluminum to increase stability. However, NCA cathodes are relatively less safe than other Li-ion technologies, more expensive, and typically only used in high-performance EV models.
#3: Lithium Iron Phosphate (LFP)
Due to their use of iron and phosphate instead of nickel and cobalt, LFP batteries are cheaper to make than nickel-based variants. However, they offer lesser specific energy and are more suitable for standard- or short-range EVs. Additionally, LFP is considered one of the safest chemistries and has a long lifespan, enabling its use in energy storage systems.
#4: Lithium Cobalt Oxide (LCO)
Although LCO batteries are highly energy-dense, their drawbacks include a relatively short lifespan, low thermal stability, and limited specific power. Therefore, these batteries are a popular choice for low-load applications like smartphones and laptops, where they can deliver relatively smaller amounts of power for long durations.
#5: Lithium Manganese Oxide (LMO)
Also known as manganese spinel batteries, LMO batteries offer enhanced safety and fast charging and discharging capabilities. In EVs, LMO cathode material is often blended with NMC, where the LMO part provides a high current upon acceleration, and NMC enables longer driving ranges.
#6: Lithium Titanate (LTO)
Unlike the other chemistries above, where the cathode composition makes the difference, LTO batteries use a unique anode surface made of lithium and titanium oxides. These batteries exhibit excellent safety and performance under extreme temperatures but have low capacity and are relatively expensive, limiting their use at scale.
Which Batteries Dominate the EV Market?
Now that we know about the six main types of lithium-ion batteries, which of these dominate the EV market, and how will that change in the future?
To find out, stay tuned for Part 2 of the Battery Technology Series, where we’ll look at the top EV battery chemistries by forecasted market share from 2021 through 2026.
