Les cellules des batteries lithium-ion peuvent prendre différentes formes. Au départ, l'accent était mis sur le format cylindrique, mais récemment, des cellules en forme de sac et des cellules prismatiques ont également fait leur apparition.
Les cellules prismatiques, en particulier, ainsi que les cellules cylindriques, semblent connaître les développements les plus prometteurs. En effet, bien que la 4680 de Tesla, BMW et d'autres semblent mener les cellules cylindriques vers un avenir radieux, ce sont les cellules prismatiques qui, selon de nombreux analystes, pourraient finalement prendre le dessus.
Leur fonctionnement
Commençons par leur fonctionnement : les cellules prismatiques, comme les cellules cylindriques, sont des cellules lithium-ion et utilisent donc deux électrodes, un séparateur et un électrolyte.
Plus précisément, elles comportent une anode (électrode négative), en graphite ou en silicium, et une cathode (électrode positive), en oxyde métallique de lithium auquel sont ajoutés divers autres éléments tels que le nickel, le manganèse et le cobalt. Elles sont séparées par un séparateur, généralement en plastique.
Les électrodes et le séparateur sont constitués d'une feuille et sont ensuite immergés dans un électrolyte (presque toujours un liquide) qui permet le passage d'une électrode à l'autre dans les deux sens, selon qu'il s'agit de stocker ou de transférer de l'énergie.
Deux types de cellules prismatiques
Les cellules prismatiques, comme les autres, sont des cellules dont le composant actif est enfermé dans une enveloppe rigide. L'avantage qu'elles présentent par rapport aux cellules cylindriques concerne la gestion de l'espace au sein même du pack de batteries : grâce à leur forme rectangulaire, elles peuvent être placées les unes à côté des autres avec un encombrement minimal.
Il existe deux types de cellules prismatiques : celles où les feuilles d'électrodes et de séparateurs sont empilées les unes sur les autres, et celles où elles sont enroulées sur elles-mêmes puis aplaties. À volume égal, les cellules prismatiques à feuilles empilées peuvent libérer plus d'énergie en même temps, offrant ainsi de meilleures performances, tandis que les cellules prismatiques aplaties contiennent plus d'énergie, offrant ainsi une durée de vie plus longue.
- Cellules prismatiques à feuilles empilées : performances accrues
- Cellules prismatiques à feuilles laminées et aplaties : durée de vie plus longue
Cellule prismatique CATL avec chimie nickel-manganèse-cobalt
Où sont-elles utilisées ?
Les cellules prismatiques sont généralement de grande taille. Le fait qu'elles soient encombrantes (le côté long peut dépasser 20 cm) les rend principalement adaptées aux systèmes de stockage d'énergie stationnaires et aux véhicules électriques.
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Il est moins facile de les utiliser pour des appareils qui nécessitent des batteries plus petites, comme les vélos électriques, les ordinateurs portables ou les téléphones. En général, les cellules cylindriques sont considérées comme mieux adaptées aux utilisations nécessitant une plus grande puissance, tandis que les cellules prismatiques conviennent mieux lorsqu'il s'agit d'optimiser l'efficacité énergétique. Mais avec les derniers développements technologiques, cette ligne de démarcation devient de plus en plus floue.
Tesla équipe les versions RWD de la Tesla Model 3 de cellules prismatiques dotées de la chimie LFP.
Pourquoi ces cellules pourraient prendre le relais ?
Comme nous l'avons mentionné, les cellules cylindriques sont actuellement les plus populaires dans le domaine des voitures électriques. Mais les choses sont en train de changer, principalement pour deux raisons.
- La première tient au fait qu'elles sont produites par des procédés plus simples et donc généralement moins coûteux. De plus, étant plus grandes, elles sont moins nombreuses dans un pack de batteries, ce qui simplifie les connexions, les accessoires et les raccordements électriques.
- Deuxièmement, il s'agit des batteries lithium-fer-phosphate les plus utilisées à l'heure actuelle. Il s'agit d'une chimie en plein développement, qui réduit encore les coûts grâce à des matières premières moins chères et plus faciles à obtenir et qui, grâce à des progrès récents, réduit l'écart de performance avec les batteries lithium-ion à chimie traditionnelle.