Li-ion vs. Nicad

Lithium-ion (ou Li-ion) Les batteries sont plus petites, nécessitent un faible entretien et sont plus sûrs de l'environnement que Nickel-cadmium (aussi appelé Nicad, Nez ou Ni-CD) batteries. Bien qu'ils aient des similitudes, les batteries Li-ion et NICD diffèrent dans leur composition chimique, leur impact environnemental, leurs applications et leurs coûts.

Tableau de comparaison

Électrochimie

Une batterie de nickel-cadmium utilise le cadmium pour l'anode (terminal négatif), l'oxyhydroxyde de nickel pour la cathode (terminal positif) et l'hydroxyde de potassium aqueux comme électrolyte.

Une batterie lithium-ion utilise du graphite comme anode, l'oxyde de lithium pour la cathode et un sel de lithium comme électrolyte. Les ions lithiums se déplacent de l'électrode négative vers l'électrode positive pendant la décharge et retour lors de la charge. Les cellules électrochimiques au lithium-ion utilisent un composé de lithium intercalé comme matériau d'électrode au lieu du lithium métallique, contrairement aux batteries primaires lithiums jetables.

Impact environnemental

Les batteries Nicad contiennent entre 6% (batteries industrielles) et 18% (batteries de consommation), qui est un métal lourd toxique et nécessite donc des soins particuliers lors de l'élimination des batteries. Le gouvernement fédéral le classe comme des déchets dangereux. Aux États-Unis, une partie du prix de la batterie est des frais pour sa disposition appropriée à la fin de sa durée de vie de service.

Les composants des batteries au lithium-ion sont sûrs pour l'environnement car le lithium est des déchets non hazard.

Coût

Une batterie lithium-ion coûte environ 40% de plus à fabriquer en raison du circuit de protection supplémentaire pour surveiller la tension et le courant.

Opération et performance

Le plus gros inconvénient des batteries au nickel-cadmium est qu'ils souffrent d'un "effet de mémoire" s'ils sont libérés et rechargés à plusieurs fois au même état de charge. La batterie "se souvient" du point de son cycle de charge où la recharge a commencé et pendant l'utilisation ultérieure, la tension baisse soudainement à ce point, comme si la batterie avait été libérée. Cependant, la capacité de la batterie ne réduit pas considérablement. Certains électronics sont particulièrement conçus pour résister à cette tension réduite suffisamment longue pour que la tension revienne à la normale. Cependant, certains appareils ne sont pas en mesure de fonctionner pendant cette période de tension diminuée, et la batterie semble "morte" plus tôt que la normale.

Un effet similaire appelé dépression de tension ou effet de batterie paresseux, résulte d'une surcharge répétée. Dans ce cas, la batterie semble être complètement chargée mais se décharge rapidement après seulement une brève période de fonctionnement. Si elle est bien traitée, une batterie de nickel-cadmium peut durer 1 000 cycles ou plus avant que sa capacité ne baisse en dessous de la moitié de sa capacité d'origine.

Un autre problème est la charge inverse, qui se produit en raison d'une erreur de l'utilisateur, ou lorsqu'une batterie de plusieurs cellules est entièrement déchargée. La charge inverse peut réduire la durée de vie de la batterie. Le sous-produit de la charge inverse est l'hydrogène gazeux, qui peut être dangereux.

Lorsqu'ils ne sont pas utilisés régulièrement, les dendrites ont tendance à se développer dans les batteries de Nicad. Les dendrites sont des cristaux minces et conducteurs qui peuvent pénétrer la membrane du séparateur entre les électrodes. Cela conduit à des courts-circuits internes et à une défaillance prématurée.

Les batteries au lithium-ion sont peu d'entretien. Ils peuvent être rechargés avant qu'ils ne soient entièrement libérés sans créer un «effet de mémoire» et fonctionner dans une plage de température plus large. Par rapport à Ni-CD, l'auto-décharge dans le lithium-ion est inférieure à la moitié, ce qui le rend bien adapté aux applications de jauge de carburant moderne. Le seul inconvénient est que la batterie lithium-ion est fragile et nécessite un circuit de protection pour maintenir un fonctionnement sûr. Le circuit de protection est intégré à chaque pack, ce qui limite la tension de crête de chaque cellule pendant la charge et empêche la tension de la cellule de tomber trop bas à la décharge. Pour éviter les températures extrêmes, la température de la cellule est également surveillée.

Tailles et types

Les cellules Ni-CD sont disponibles de AAA à D, les mêmes tailles que les batteries alcalines, ainsi que plusieurs tailles multi-cellules. En plus des cellules uniques, elles sont disponibles en paquets de jusqu'à 300 cellules, couramment utilisées dans les applications industrielles automobiles et lourdes. Pour les applications portables, le nombre de cellules est inférieur à 18 cellules. Il existe 2 types de batteries NICD: scellé et ventilé.

Les batteries Li-ion sont plus petites, plus légères et fournissent plus d'énergie que les batteries de nickel-cadmium. Ils sont également disponibles dans une grande variété de formes et de tailles dans 4 types de formats:

• Petit cylindrique (corps solide sans terminaux, comme ceux utilisés dans les batteries d'ordinateurs portables)
• Grand cylindrique (corps solide avec de grandes terminaux filetés)
• Soupche (corps doux et plat, comme ceux utilisés dans les téléphones portables)
• Prismatique (boîtier en plastique semi-dure avec de grandes bornes filetées, souvent utilisées dans les packs de traction des véhicules)

Les cellules de la poche ont la densité d'énergie la plus élevée en raison de l'absence de cas. Cependant, il nécessite une certaine forme externe de confinement pour empêcher l'expansion lorsque son niveau d'état de charge (SOC) est élevé.

Applications

Les batteries Nicad peuvent être assemblées dans des batteries ou utilisées individuellement. Les petites cellules et miniatures peuvent être utilisées dans les lampes de poche, l'électronique portable, les caméras et les jouets. Ils peuvent fournir des courants élevés avec une résistance interne relativement faible, ce qui en fait un choix favorable pour les avions de modèle électrique télécommandés, les bateaux, les voitures, les outils électriques sans fil et les unités de flash de l'appareil photo. Des cellules inondables plus grandes sont utilisées pour les batteries de démarrage des avions, les véhicules électriques et la puissance de secours.

Avec des qualités telles que des densités d'énergie élevées, pas d'effet de mémoire et une perte de charge lente lorsqu'ils ne sont pas utilisés, les batteries au lithium-ion sont le choix le plus populaire pour l'électronique grand public. Ils gagnent également en popularité pour les applications militaires, véhicules électriques et aérospatiale.