Dans notre article sur la dispense au cœur de l’assemblage des bacs batteries pour nous avions parlé de 3 différents types de batterie dont 2 très utilisés dans les véhicules électriques. En effet, les développements les plus prometteurs tournent autour des cellules cylindriques et prismatiques. Alors que le format de batterie cylindrique a été le plus populaire ces dernières années, plusieurs facteurs suggèrent que les cellules prismatiques pourraient prendre le relais.
Que sont les cellules prismatiques
Une cellule prismatique est une cellule dont la chimie est enfermée dans une enveloppe 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.
Pour le même volume, les cellules prismatiques empilées peuvent libérer plus d’énergie à la fois, offrant de meilleures performances, tandis que les cellules prismatiques aplaties contiennent plus d’énergie, offrant plus de durabilité.
Les cellules prismatiques sont principalement utilisées dans les systèmes de stockage d’énergie et les véhicules électriques. Leur plus grande taille en fait de mauvais candidats pour les appareils plus petits comme les vélos électriques et les téléphones portables. Par conséquent, ils sont mieux adaptés aux applications énergivores.
Que sont les cellules cylindriques
Une cellule cylindrique est une cellule enfermée dans une boîte cylindrique rigide. Les cellules cylindriques sont petites et rondes, ce qui permet de les empiler dans des appareils de toutes tailles. Contrairement aux autres formats de batterie, leur forme empêche le gonflement, un phénomène indésirable dans les batteries où les 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. Ils ont ensuite gagné en popularité lorsque Tesla les a utilisés dans ses premiers véhicules électriques (le 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. Ils sont également essentiels dans l’exploration spatiale en raison de leur forme ; d’autres formats de cellules seraient déformés par la pression atmosphérique.
Les principales différences entre les cellules prismatiques et cylindriques
La forme n’est pas la seule chose qui différencie les cellules prismatiques et cylindriques. D’autres différences importantes incluent 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 une idée approximative de la différence, une seule cellule prismatique peut contenir la même quantité d’énergie que 20 à 100 cellules cylindriques. La plus petite taille des cellules cylindriques signifie qu’elles peuvent être utilisées pour des applications qui nécessitent moins de puissance. En conséquence, ils sont utilisés pour une plus large gamme d’applications.
Connexions
Parce que les cellules prismatiques sont plus grandes que les cellules cylindriques, moins de cellules sont nécessaires pour obtenir la même quantité d’énergie. Cela signifie que pour un même volume, les batteries utilisant des cellules prismatiques ont moins de connexions électriques à souder. C’est un avantage majeur pour les cellules prismatiques car il y a moins de possibilités de défauts de fabrication.
De la puissance
Les cellules cylindriques peuvent stocker moins d’énergie que les cellules prismatiques, mais elles ont plus de puissance. Cela signifie que les cellules cylindriques peuvent décharger leur énergie plus rapidement que les cellules prismatiques. La raison en est qu’ils ont plus de connexions par ampère-heure (Ah). En conséquence, les cellules cylindriques sont idéales pour les applications hautes performances tandis que les cellules prismatiques sont idéales pour optimiser l’efficacité énergétique.
Pourquoi les cellules prismatiques pourraient prendre le dessus
L’industrie des véhicules électriques évolue rapidement et il n’est pas certain que les cellules prismatiques ou les cellules cylindriques prévaudront. À l’heure actuelle, les cellules cylindriques sont plus répandues dans l’industrie des véhicules électriques, mais il y a des raisons de penser que les cellules prismatiques gagneront en popularité.
Premièrement, les cellules prismatiques offrent la possibilité 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 chimie lithium-phosphate de fer (LFP), un mélange de matériaux moins chers et plus accessibles. Contrairement à d’autres produits chimiques, les batteries LFP utilisent des ressources qui sont partout sur la planète. Ils ne nécessitent pas de matériaux rares et coûteux comme le nickel et le cobalt qui font grimper le coût des autres types de cellules.
Il y a des signaux forts que les cellules prismatiques LFP émergent. 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 de gamme standard de ses voitures.
La chimie LFP a cependant des inconvénients importants. D’une part, il contient moins d’énergie que les autres produits chimiques actuellement utilisés et, en tant que tel, ne peut pas être utilisé pour les véhicules hautes performances comme les voitures électriques de Formule 1. De plus, les systèmes de gestion de batterie (BMS) ont du mal à prédire le niveau de charge de la batterie.
En ce qui concerne la demande de production de batteries, les systèmes de stockage d’énergie (SSE) sont tout aussi importants que les véhicules électriques. Les SSE utilisent déjà des cellules prismatiques et il est très probable qu’ils continueront à les utiliser. Les cellules prismatiques ont une durée de vie plus longue, sont moins dangereuses et ont un faible coût par rapport aux cellules cylindriques.
Le passage aux batteries prismatiques
Avec sa densité d’énergie élevée et son faible coût de fabrication, la cellule cylindrique 4680 de Tesla est probablement la cellule de batterie la plus remarquable à l’heure actuelle. Mais récemment, Elon Musk a parlé des avantages des cellules prismatiques, et Tesla a commencé à les utiliser dans certains modèles de voitures.
Les cellules cylindriques 4680 n’ont pas encore été remplacées par des cellules prismatiques, mais la prochaine étape de Tesla sera révélatrice de ce que l’avenir nous réserve.
Sources : Stéphane Melançon – Laserax