Les six principaux types de lithium

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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. Ceci est la première des deux infographies de notreBatterie Technologie Série.

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.

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, notammentNMC811(composé de 80 % nickel, 10 % manganèse et 10 % cobalt),NMC532, etNMC622.

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.

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.

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.

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.

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.

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 connectésPartie 2de laBatterie Technologie Série, où nous examinerons les principales chimies des batteries EV par part de marché prévue de 2021 à 2026.

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Alors que le monde se dirige vers l'électrification du secteur des transports, la demande de pétrole sera remplacée par la demande d'électricité.

Pour mettre en évidence l'impact des véhicules électriques sur la consommation de pétrole, l'infographie ci-dessus montre combien de pétrole a été et sera économisé chaque jour entre 2015 et 2025 par différents types de véhicules électriques, selon BloombergNEF.

Un véhicule de tourisme à moteur à combustion standard aux États-Unis utilise environ 10 barils d'équivalent pétrole (bep) par an. Une motocyclette en utilise 1, un camion de classe 8 environ 244 et un autobus utilise plus de 276 BOE par an.

Lorsque ces véhicules deviennent électrifiés, l'huile que leurs homologues à moteur à combustion auraient utilisée n'est plus nécessaire, remplaçant la demande de pétrole par l'électricité.

Depuis 2015, les véhicules à deux et trois roues, tels que les cyclomoteurs, les scooters et les motos, ont représenté la majeure partie du pétrole économisé grâce aux véhicules électriques à l'échelle mondiale. Avec une large adoption en Asie en particulier, ces véhicules ont déplacé la demande de près de 675 000 barils de pétrole par jour en 2015. En 2021, ce nombre était rapidement passé à1 million de barilspar jour.

Jetons un coup d'œil au déplacement quotidien de la demande de pétrole par segment de véhicules électriques.

Aujourd'hui, alors que des travaux sont en cours dans le segment des véhicules utilitaires, très peu de gros camions sur la route sont électriques, mais cela devrait changer d'ici 2025.

Pendant ce temps, les véhicules de tourisme électriques ont connu la plus forte croissance d'adoption depuis 2015.

En 2022, le marché des voitures électriques a connu une croissance exponentielle, avec des ventes dépassant les 10 millions de voitures. Le marché devrait poursuivre sa forte croissance tout au long de 2023 et au-delà, finissant par sauver une prévision886 700 barils de pétrolepar jour en 2025.

Alors que le monde passe des combustibles fossiles à l'électricité, BloombergNEF prédit que la baisse de la demande de pétrole n'équivaut pas nécessairement à une baisse des prix du pétrole.

Dans le cas où les investissements dans de nouvelles capacités d'approvisionnement diminueraient plus rapidement que la demande, les prix du pétrole pourraient encore rester instables et élevés.

Cependant, le passage à l'électrification aura probablement d'autres implications.

Alors que la plupart d'entre nous associent les véhicules électriques à des émissions réduites, il est bon de considérer qu'ils ne sont aussi durables que l'électricité utilisée pour les recharger. Le passage à l'électrification présente donc une opportunité incroyable de répondre à la demande croissante d'électricité avec des sources d'énergie propres, telles que l'énergie éolienne, solaire et nucléaire.

L'abandon des combustibles fossiles dans le transport routier nécessitera également une expansion des infrastructures. Les bornes de recharge pour véhicules électriques, l'augmentation de la capacité de transmission et le stockage des batteries seront probablement tous essentiels pour soutenir la transition à grande échelle du gaz vers l'électricité.

Le graphite représente près de 50% des matériaux nécessaires aux batteries en poids, quelle que soit la chimie.

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La demande de batteries lithium-ion (Li-ion) a explosé ces dernières années en raison de la popularité croissante des véhicules électriques (VE) et des systèmes de stockage d'énergie renouvelable.

Ce que beaucoup de gens ne réalisent pas, cependant, c'est que le composant clé de ces batteries n'est pas seulement le lithium, mais aussi le graphite.

Le graphite représente près de 50% des matériaux nécessaires aux batteries en poids, quelle que soit la chimie. Dans les batteries Li-ion en particulier, le graphite constitue l'anode, qui est l'électrode négative responsable du stockage et de la libération des électrons pendant le processus de charge et de décharge.

Pour explorer à quel point le graphite est essentiel dans la chaîne d'approvisionnement des batteries, cette infographie sponsorisée par Northern Graphite plonge dans la fabrication de l'anode d'une batterie Li-ion.

Le graphite est une forme naturelle de carbone qui est utilisée dans un large éventail d'applications industrielles, notamment dans les diamants synthétiques, les batteries Li-ion EV, les crayons, les lubrifiants et les substrats semi-conducteurs.

Il est stable, performant et réutilisable. Bien qu'il se présente sous de nombreuses qualités et formes différentes, le graphite de qualité batterie appartient à l'une des deux classes suivantes : naturel ou synthétique.

Le graphite naturel est produit par l'exploitation de gisements minéraux naturels. Cette méthode ne produit qu'un à deux kilogrammes d'émissions de CO2 par kilogramme de graphite.

Le graphite synthétique, quant à lui, est produit par le traitement du coke de pétrole et du goudron de houille, produisant près de 5 kg de CO2 par kilogramme de graphite ainsi que d'autres émissions nocives telles que l'oxyde de soufre et l'oxyde d'azote.

Le processus de production d'anodes de batterie est composé de quatre étapes principales. Ceux-ci sont:

Chacune de ces étapes aboutit à diverses formes de graphite avec différentes utilisations finales.

Par exemple, le graphite micronisé qui résulte du processus de mise en forme peut être utilisé dans des additifs plastiques. D'autre part, seul le graphite purifié sphérique revêtu qui a traversé les quatre étapes ci-dessus peut être utilisé dans les batteries Li-ion EV.

Malgré son utilisation croissante dans la transition énergétique partout dans le monde, environ 70 % du graphite mondial provient actuellement de Chine.

Cependant, avec des alternatives rares à utiliser dans les batteries, il est crucial d'assurer la sécurité de l'approvisionnement en Amérique du Nord, et il utilise des approches plus respectueuses de l'environnement pour le traitement du graphite.

Avec une empreinte environnementale et des coûts de production réduits, le graphite naturel sert de matériau d'anode pour un avenir plus vert.

Cliquez ici pour en savoir plus sur la façon dont Northern Graphite prévoit de construire la plus grande usine de matériaux d'anode de batterie (BAM) en Amérique du Nord.

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