Demande de batterie spécifique

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Lithium primaire

Le lithium métallique a émergé dans les années 1960 avec son anode attrayante pour les batteries primaires en raison de son haut potentiel énergétique. Beaucoup plus élevée que les piles à base de zinc standard. Chaque atome de lithium peut facilement libérer l’un des 3 électrons en orbite autour de son noyau, ce qui donne un potentiel d’oxydoréduction très négatif pour le couple Li / Li +: -3.04 volts par rapport à l’électrode de référence à hydrogène, le plus négatif de tous les systèmes électrochimiques connus. Le lithium a une capacité spécifique remarquablement élevée qui, combinée avec sa faible densité, permet la production de batteries à haute énergie et un poids réduit.

Le lithium peut être associé à un grand nombre de types de cathode pour produire une batterie. Beaucoup de ces « couples électrochimiques » (chimies de lithium ou de systèmes de lithium) ont été testés au cours des années et finalement fabriqués sur une base industrielle. Il ya environ huit de ces systèmes qui sont en production actuellement.

Certains de ces matériaux composant la cathode sont solides, comme le dioxyde de manganèse (MnO2), le polycarbone monofluorure (CFx), le disulfure de fer (FeS2) et l’iode (I2). D’autres sont liquides, comme le chlorure de thionyle (SOCI2), le chlorure de sulfuryle (SO2CI2), ou même gazeux à température ambiante, mais maintenu à l’état liquide sous pression à l’intérieur des cellules étanches, comme le dioxyde de soufre (SO2). Ces systèmes peuvent également être définis par la tension de circuit ouvert nominale du système comme indiqué ci-dessous :

  • 1,5V (comme le Li-FeS2), similaire à la tension des piles à base de zinc classiques
  • 3,0V (comme les systèmes Li-SO2, Li-MnO2, Li-CFX, Li-I2)
  • 3,6V systèmes (comme Li-SOCl2, Li-SOCl2 + BrCl, Li-SO2CI2).

Depuis de nombreuses années, ces piles au lithium primaire sont devenues le choix des R&D pour de nombreuses applications exigeantes car il ya un certain nombre d’avantages lors de l’utilisation de ces batteries :

  • Haut niveau de tension, du moins pour les systèmes 3.0 et 3.6 volts. Cela signifie que les microprocesseurs peuvent être alimentés avec une seule cellule, et / ou pour diminuer le nombre de cellules par batterie pour obtenir une sortie de tension donnée.
  • Stabilité de la tension de fonctionnement, typiquement sur plus de 85% de la durée de vie de la cellule, à moins que le courant soit trop élevé ou que la température de fonctionnement ne soit trop basse.
  • Capacités actuelles flexibles, de quelques micro-ampères (piles bouton) à quelques dizaines d’ampères pulsés (piles siparlées). Par ailleurs, la plupart des applications lithium (primaire) disposent de deux profils de courants, un ne dépassant pas quelques micro-ampères et un second, ayant des impulsions périodiques de courtes durées avec des pics en courant plus importants.
  • Large plage de température de fonctionnement, de -20 à +60°C et, en fonction du type de cellule, éventuellement -60 / -40°C et jusqu’à +100°C. Des températures allant jusqu’à +200°C peuvent être obtenus avec des anodes en alliage de lithium / aluminium.
  • Durée de vie en stockage, avec une auto-décharge souvent inférieure à 1% par an (stockage à température ambiante et pour les cellules non-spiralées), on peut escompter 10 ans de durée de vie sur étagère. C’est une réalité éprouvée pour la plupart des batteries lithium métal équipées d’une étanchéité par un joint verre.
  • Longue durée de vie, à de faibles coûts de fonctionnement et d’entretien vient s’ajouter une fiabilité remarquable de plus de 15 ans dans certaines applications.
  • Haute densité d’énergie, la combinaison de la légèreté des cellules de lithium et leur tension de fonctionnement élevée conduit à une remarquable densité énergétique. Cela peut être entre 3 à 10 fois plus que les autres systèmes primaires.
  • Pas de métaux lourds, même si la batterie usagée doit être recyclée en toute sécurité, il n’y a pas de métaux lourds comme par exemple le plomb, le mercure ou du cadmium qui pénètre dans le flux des déchets.

Malheureusement, comme avec d’autres systèmes de batterie, il ya aussi un certain nombre d’inconvénients lors de l’utilisation de batteries au lithium.

  • Le coût des matières premières sont élevés, on peut considérer que l’investissement initial par cellule est plus honéreux que sur d’autres couples électrochimiques. Cela est dû en partie à la hausse des coûts des matériaux, de l’équipement de production sophistiquée nécessaire pour assembler des piles au lithium, mais aussi des composants de sécurisation parfois.
  • La passivation, le stockage à long terme peut causer la passivation des cellules, celle-ci doit être gérée afin d’assurer un fonctionnement optimale lors de la demande d’énergie par l’application. C’est un vaste sujet qui mérite d’être bien anticipée lors de l’élaboration du cahier des charges.
  • Le transport, les batteries au lithium sont classées comme marchandise dangereuse, ce qui exige des tests supplémentaires qui peuvent être coûteux.

 

LiSOCl2 ou Lithium Chlorure de Thoinyle

Le LiSOCl2 est un système de pile au lithium métal primaire qui est principalement produite dans un format cylindrique. Il y a un petit nombre de piles bouton et de versions prismatiques également. Les cellules cylindriques sont disponibles en structure Bobbin ou spiralées. Les piles de type Bobbin sont principalement utilisées dans des applications faibles courant tandis que les cellules spiralées sont conçues pour les applications à forts courant (quelques Ampères).

Les piles de Chlorure de Thionyle ont une durée de vie en stockage pouvant atteindre 10 à 20 ans. En fonctionnement, on peut escompter la même chose. Attention, ce n’est pas l’un plus l’autre.

Avantages :

  • Tension élevée
  • Stabilité de la tension de fonctionnement
  • Capacités actuelles flexibles
  • Large plage de température de fonctionnement
  • Longue durée de vie en stockage
  • Longue durée de vie en utilisation
  • Haute densité d’énergie
  • Pas de métaux lourds.

Inconvénients :

  • Coûts initiaux plus élevés
  • Matières toxiques si les évents des cellules sont ouverts
  • Passivation
  • Réglementation des transports.

Stockage :
Ces piles doivent être conservées à des températures inférieures à 30°C.

Applications dans lesquelles les structures Bobbin peuvent être utilisées :

  • Mémoire / Back-Up (MBU)
  • Photo / Caméras vidéo
  • Compteurs de services publics (gaz, eau, électricité, chauffage)
  • Répartiteurs de frais de chauffage
  • Lecteurs automatiques des compteurs (AMR)
  • Systèmes de sécurité sans fil / Alarmes
  • Systèmes de péage électronique
  • Pompes à perfusion médicale
  • Machines de bureau
  • Robots industriels
  • Appareils d’éclairage
  • Distributeurs automatiques
  • Instruments scientifiques
  • Électronique professionnelle
  • Mines
  • Systèmes de vision de nuit
  • Instrumentation océanographique
  • Domaines spatiaux

Applications dans lesquelles les structures spiralées peuvent être utilisées :

  • Photo / Caméras vidéo
  • Compteurs de services publics (gaz, eau, électricité, chauffage)
  • Répartiteurs de frais de chauffage
  • Lecteurs automatiques des compteurs (AMR)
  • Systèmes de sécurité sans fil / Alarmes
  • Pompes à perfusion médicale
  • Appareils d’éclairage
  • Machines de bureau
  • Distributeurs automatiques
  • Instruments scientifiques
  • Systèmes de repérage par GPS
  • Emetteurs de localisation d’urgence / GPS
  • Communications radio (Militaire)
  • Imagerie thermique désignation / laser (Militaire)
  • Bouées acoustiques
  • Mines
  • Systèmes de vision de nuit
  • Véhicules sous-marins sans pilote (drônes)
  • Instrumentation océanographique
  • Domaines spatiaux

 

Le LiMnO2 ou Lithium Dioxyde de Manganèse

Les piles LiMnO2 sont classifiée comme lithium métal primaire lesquelles sont fabriquées, par exemple dans de nombreux formats de piles bouton, cylindriques et prismatiques. Les cellules cylindriques sont disponibles en structure Bobbin ou spiralées. Les piles de type Bobbin sont principalement utilisées dans des applications faibles courant tandis que les cellules spiralées sont conçues pour les applications à forts courant (jusqu’à 10A).

Avantages :

  • Tension élevée
  • Stabilité de la tension de fonctionnement
  • Capacités actuelles flexibles
  • Large plage de température de fonctionnement
  • Longue durée de vie en stockage
  • Longue durée de vie en utilisation
  • Haute densité d’énergie
  • Pas de métaux lourds.

Inconvénients :

  • Coûts initiaux plus élevés
  • Matières toxiques si les évents des cellules sont ouverts
  • Passivation
  • Réglementation des transports.

Stockage :
Ces piles doivent être conservées à des températures inférieures à 30°C.

Applications dans lesquelles les piles Bobbin peuvent être utilisées :

  • Mémoire / Back-Up (MBU)
  • Photo / Caméras vidéo
  • Compteurs de services publics (gaz, eau, électricité, chauffage)
  • Répartiteurs de frais de chauffage
  • Lecteurs automatiques des compteurs (AMR)
  • Systèmes de sécurité sans fil / Alarmes
  • Systèmes de péage électronique
  • Pompes à perfusion médicale
  • Machines de bureau
  • Robots industriels
  • Appareils d’éclairage
  • Distributeurs automatiques
  • Instruments scientifiques
  • Électronique professionnelle
  • Mines
  • Systèmes de vision de nuit
  • Instrumentation océanographique
  • Domaines spatiaux

Applications dans lesquelles les piles spiralées peuvent être utilisées :

  • Photo / Caméras vidéo
  • Compteurs de services publics (gaz, eau, électricité, chauffage)
  • Répartiteurs de frais de chauffage
  • Lecteurs automatiques des compteurs (AMR)
  • Systèmes de sécurité sans fil / Alarmes
  • Pompes à perfusion médicale
  • Appareils d’éclairage
  • Machines de bureau
  • Distributeurs automatiques
  • Instruments scientifiques
  • Systèmes de repérage par GPS
  • Emetteurs de localisation d’urgence / GPS
  • Communications radio (Militaire)
  • Imagerie thermique désignation / laser (Militaire)
  • Bouées acoustiques
  • Mines
  • Systèmes de vision de nuit
  • Véhicules sous-marins sans pilote (drônes)
  • Instrumentation océanographique
  • Domaines spatiaux

 

LiSO2 ou Lithium Dioxyde de Soufre

Le LiSO2 est un système de batterie au lithium métal primaire avec une cathode liquide. Le dioxyde de soufre est un gaz à température ambiante et est maintenu à l’intérieur de la cellule sous haute pression pour le maintenir à l’état liquide. Il est principalement fait dans des cellules cylindriques enroulées en spirales. Ces cellules sont scellées hermétiquement. Le LiSO2 est principalement utilisé dans des applications qui nécessitent une capacité de débit de fuite élevé et une large gamme de température de fonctionnement.

Avantages :

  • Compatibilité directe avec des applications qui utilisent l’alcaline primaire et le chlorure de zinc dans des cellules de taille AA et AAA
  • Fonctionnent à une puissance plus élevée / courants piles alcalines
  • Longue durée d’exploitation modérée dans des applications de drainage lourd
  • Température de fonctionnement plus large, fonctionne à des températures extrêmement basses (-40°C)
  • Courbe de décharge à plat par rapport à d’autres systèmes de batteries primaires de 1.5V
  • Longue durée de vie, plus de 8 ans
  • 40% plus léger que les piles alcalines comparables.

Inconvénients :

  • Seulement disponible en tailles AA et AAA
  • Coût relativement élevé
  • Joint serti peut faire fuir les solvants à des températures plus élevées (supérieures à +60°C)
  • Nombre limité de fabricants contrairement aux cellules alcalines.

Stockage :
Ces piles doivent être conservées à des températures inférieures à 30°C.

LiFeS2 ou Lithium Fer Disulfide

Le LifeS2 est un système de batterie au lithium métal primaire qui est utilisé dans des applications qui utilisent actuellement des cellules primaires alcalines. Le LiFeS2 est fabriqué dans une construction de cellules cylindriques enroulées en spirales dans le format AA et AAA uniquement. Les cellules contiennent une protection interne LiFeS2 pour se protéger des courts-circuits externes.

Applications du Lithium Dioxyde de Soufre et du Lithium Fer Disulfide :

Toutes les applications où les cellules alcalines sont actuellement utilisés. Particulièrement dans les applications de drainage. Par exemple, les caméras digitales.

Avantages :

  • Compatibilité directe avec des applications qui utilisent l’alcaline primaire et le chlorure de zinc dans des cellules de taille AA et AAA
  • Fonctionnent à une puissance plus élevée / courants piles alcalines
  • Longue durée d’exploitation modérée dans des applications de drainage lourd
  • Température de fonctionnement plus large, fonctionne à des températures extrêmement basses (-40°C)
  • Courbe de décharge à plat par rapport à d’autres systèmes de batteries primaires de 1.5V
  • Longue durée de vie, plus de 8 ans
  • 40% plus léger que les piles alcalines comparables.

Inconvénients :

  • Seulement disponible en tailles AA et AAA
  • Coût relativement élevé
  • Joint serti peut faire fuir les solvants à des températures plus élevées (supérieures à +60°C)
  • Nombre limité de fabricants contrairement aux cellules alcalines.

Stockage :
Ces piles doivent être conservées à des températures inférieures à 30°C.

LiI2 ou Lithium iode

Le LiI2 est un système de batterie au lithium métal primaire qui est utilisé principalement dans les applications médicales. Elle diffère des autres piles primaires au lithium car elle possède un électrolyte solide. Le LiI2 fabriqué dans des formes non standards spécifiques à l’application primaire.

Applications :
Les applications médicales telles que le Pacemaker cardiaque.

Avantages :

  • Très grande fiabilité
  • Décharge faible
  • Ne génère pas de gaz, même sous court-circuit.

Inconvénients :

  • Faible rendement à des températures élevées
  • Faible nominale OCV (tension en circuit ouvert) 2.8V
  • Haute impédance interne
  • Densité de puissance basse

Stockage :
Ces piles doivent être conservées à des températures inférieures à 30°C.