Lithium-ion, Sodium-ion, Semi-solides : quelles différences?

Le marché des batteries, encore dominé par le Lithium-Ion, voit émerger de nouvelles chimies répondant à de nouveaux enjeux de performance, sécurité et disponibilité des matériaux.

1. Lithium-ion : plusieurs technologies pour différents usages  

Le Lithium-ion n’est pas une seule technologie. Il regroupe diverses variantes utilisant comme élément principale le Lithium, notamment :

• LFP (Lithium Fer Phosphate)
• NMC (Nickel Manganèse Cobalt)
• LTO (Lithium Titanate)
• NCA (Nickel Cobalt Aluminium)
• LCO (Lithium Cobalt Oxide)

Parmi les chimies Lithium-ion, LFP et NMC dominent le marché grâce à leurs performances et leur polyvalence. Voici leurs principales caractéristiques :

Ces différences au sein d'une même technologie sont principalement liées à la composition de la cathode qui va influencé ses paramètres ainsi que le niveau de sécurité de la batterie.

‍Risques liés aux batteries Lithium‑ion  

Les batteries Lithium‑ion présentent un profil de risque classique :

• Le court‑circuit externe est le principal danger.
• Des risques chimiques internes existent également, pouvant provoquer un emballement thermique.

Ces phénomènes sont liés à la présence d’un électrolyte liquide inflammable, qui réagit dans certaines conditions.

2. Sodium-Ion : une alternative prometteuse

Comme pour le Lithium‑Ion, la technologie Sodium‑Ion repose sur plusieurs chimies, chacune présentent des caractéristiques spécifiques.

Le choix de l'utilisation du Sodium repose sur son abondance, offrant un potentiel de réduction des coûts à long terme, même si aujourd’hui ces cellules sont plus coûteuses que leurs équivalents Lithium‑Ion.

Par rapport au Lithium-Ion, elles se distinguent par :

• Des plages de tension plus basses (1.5-4.2V)
• Une capacité spécifique théorique intéressante, notamment pour la chimie PBA (Prussian Blue Analogues, ~170 mAh/g), proche de celle de la chimie LFP (~165 mAh/g)
• La possibilité d’être transportées à 0 V (avec toutefois un risque de passivation en cas de stockage prolongé)
• Un électrolyte (NaPF₆) plus stable thermiquement que celui utilisé en Lithium‑ion (LiPF₆), avec une température de décomposition supérieure de 20 à 30 °C, retardant ainsi l’emballement thermique

Parmi les technologies sodium‑ion déjà commercialisées, on trouve :

• NFPP (Sodium Fer Phosphate Phospho‑Oxalate)
• NFM (Sodium Fer Manganese)
• NVPF (Sodium Vanadium Phosphate Fluorure)

Leurs principales caractéristiques sont les suivantes :

Ces valeurs montrent que, bien que moins énergétiques que le Lithium-Ion, les cellules Sodium-Ion ouvrent la voie à des solutions compétitives. Notamment dans des applications où le coût, la sécurité et la disponibilité des matériaux priment sur la densité énergétique.

3. Semi-Solides : une sécurité renforcée

Dans la technologie dite solide, on distingue trois catégories : Semi‑Solides, Quasi‑Solides et Tout‑Solides, selon la quantité d’électrolyte liquide utilisée. Par abus de langage, on parle souvent de Tout‑Solide pour l’ensemble de ces technologies. Cependant, seule la technologie Semi‑Solide commence à être commercialisée.

La technologie Semi‑Solide repose sur les mêmes composants que les batteries Lithium‑Ion. La différence majeure réside dans la réduction significative de l’électrolyte liquide :

• Lithium-Ion : ~25% du poids total
• Semi-Solides : 5–10%
• Quasi-Solides : <5%
• Tout-Solides : 0%

En diminuant la quantité d’électrolyte liquide, on réduit le risque d’emballement thermique, sans impacter les performances.

Les cellules Semi‑Solides représentent ainsi une solution prometteuse pour des applications où la sécurité est un enjeu majeur.

Conclusion: un avenir riche en innovations

Bien que le marché des batteries évolue rapidement, de nouvelles technologies émergent aujourd’hui pour répondre à certaines problématiques majeures liées à la performance, la sécurité et la durabilité. Si le Lithium‑ion reste majoritaire, d’autres solutions se dessinent.

En plus du Sodium‑Ion et du Semi‑solide, plusieurs autres technologies sont actuellement explorées à l’échelle laboratoire, parmi lesquelles :

• Potassium-Ion (KIB)
• Lithium-Soufre (Li-S)
• Tout-solide
• Lithium-Air (Li-O₂)

Ces innovations, encore expérimentales, pourraient offrir à l’avenir des avantages significatifs : une sécurité renforcée, des densités énergétiques très élevées, ou des capacités de cyclage accrues. Bien qu’elles soient aujourd’hui confinées au stade de laboratoire, elles représentent un potentiel important pour l’avenir.

Chez SIG Energy Technology, nous suivons ces développements de près. Nous sommes prêts à tester ces nouvelles technologies pour anticiper les besoins de demain et ouvrir la voie vers la prochaine génération de batteries.

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