Comparaison entre LiFePO4 et Li-Ion (NMC)

Dans cet article, nous allons parler des batteries lithium-ion et lithium fer-phosphate. Après avoir lu l'article et regardé la vidéo, vous serez en mesure d'évaluer quel type de batterie est le mieux adapté à votre application.

Avant de passer aux différentes technologies, jetons d'abord un coup d'œil aux différentes formes de construction. Il existe des cellules cylindriques, des cellules prismatiques et des cellules en sachet. Selon le fabricant, on trouve différentes cellules avec des contenus différents. La forme de construction ne dit donc pas nécessairement quelque chose sur la matière réelle.

De l'extérieur, vous ne pouvez pas voir ce qui a été intégré à l'intérieur de la batterie. Par exemple, dans le Torqeedo Travel 1103, ce sont les cellules cylindriques. Souvent, ce sont des cellules de fabricants de marques comme Panasonic, Samsung ou Sony. 

Les cellules cylindriques ont la plus haute densité énergétique de tous les types. L'enveloppe extérieure est généralement en acier nickelé très fin. L'avantage des cellules cylindriques est leur grande rigidité et robustesse.

En raison de leur forme ronde, les cellules ne peuvent cependant pas être disposées efficacement à l'intérieur du boîtier et prennent relativement beaucoup de place. Un autre inconvénient est des coûts de production plus élevés, notamment en raison du matériau de la couche extérieure.

À l'intérieur de la plupart des LiFePO4 se trouvent quatre cellules prismatiques. L'avantage de n'avoir que 4 cellules individuelles est un câblage plus simple à l'intérieur de la boîte. Cela permet d'économiser du temps et de l'argent lors de la fabrication.

En raison de la forme carrée, l'espace peut être utilisé de manière beaucoup plus efficace que dans une cellule ronde. L'enveloppe des cellules est généralement en aluminium un peu moins cher. En comparaison avec la cellule ronde, la cellule prismatique prend cependant plus de place et l'enveloppe extérieure pèse donc aussi plus. 

Dans l'ePropulsion Spirit 1.0 PLUS, on utilise des cellules dites pouch. La différence avec les autres formes est la plus haute densité d'énergie et la meilleure utilisation de l'espace. Lorsque l'on examine la batterie une fois découpée, on remarque que les cellules elles-mêmes ne constituent qu'une petite partie de la batterie.

Le revêtement des cellules pouch est en film composite d'aluminium souple. Celui-ci est le plus léger et le plus compact par rapport à toutes les autres formes. L'avantage des cellules pouch est une haute densité d'énergie et des coûts d'emballage faibles.

Cependant, les cellules pouch ne sont pas aussi robustes et stables que les autres types de cellules, elles doivent donc être bien protégées. Un autre avantage est le bon refroidissement, la chaleur peut s'échapper beaucoup plus facilement des cellules pouch que des cellules prismatiques.

Nous continuons avec les batteries au lithium et les différentes technologies. Lorsque nous parlons de batteries au lithium, nous faisons généralement référence aux batteries lithium-fer-phosphate, ou à la désignation chimique LiFePO4. 

Dans le boîtier de la batterie se trouvent généralement ces cellules prismatiques bleues. En Chine, il existe quelques grands fabricants, comme CATL, Calb ou EVE. Nous aborderons bientôt les avantages et les inconvénients.

En outre, il existe des batteries lithium-ion. Ce terme englobe une série de différentes chimies de cellules. Le plus souvent, il s'agit de lithium-nickel-cobalt-manganèse-oxyde. Vous verrez souvent l'abréviation NMC, Li-NMC ou NCM. Il existe également d'autres mélanges comme le lithium-nickel-cobalt-aluminium-oxyde ou d'autres variantes. Tous ont des avantages et des inconvénients différents.

Les batteries lithium-ion sont généralement intégrées dans des cellules cylindriques ou des cellules pouch. Par exemple, dans la batterie de l'ePropulsion Spirit 1.0 PLUS ou du Torqeedo Travel 1103. Vous connaissez également ces batteries lithium-ion des voitures électriques ou des vélos électriques. Ces batteries sont également intégrées dans chaque ordinateur portable ou smartphone.

LiFePO4 pèse un peu plus. Ici, nous avons généralement près de 10 kg par kWh. Li-NMC, en revanche, pèse parfois seulement entre 6 et 7 kg par kWh. 3 kg de plus par kWh peut sembler peu, mais cela représente tout de même 50 % de poids en plus.

C'est pourquoi les batteries lithium-ion plus légères sont également utilisées dans les voitures électriques ou les trottinettes électriques. Ici, chaque kilogramme a un grand impact sur l'accélération, la consommation et l'autonomie. En fin de compte, c'est donc un avantage clair pour les batteries lithium-ion.

Quelle est la sécurité des batteries au lithium ? Les batteries LiFePO4 ont un avantage décisif par rapport aux batteries lithium-ion : le phosphate de fer lithium n'est pas inflammable ni explosif. De temps en temps, on entend parler d'une Tesla en feu avec une batterie lithium-ion, qui doit ensuite être éteinte avec un extincteur spécial.

Bien que les batteries causent beaucoup moins de dommages que les moteurs à combustion, il est bon de le savoir. Avec LiFePO4, en revanche, il ne peut vraiment rien se passer. C'est particulièrement important sur l'eau, où les batteries ne peuvent être éteintes que difficilement ou où les pompiers ont du mal à intervenir. Le phosphate de fer lithium ne peut donc également pas causer d'autres dommages environnementaux.

Un rôle important dans la décision entre le lithium-fer-phosphate et le lithium-ion est joué par les cycles de décharge et donc la durée de vie. Il existe ici des différences parfois très importantes. Le LiFePO4 a généralement 3 000 cycles de charge à 80 % de décharge, les dernières batteries LiFePO4 en ont même plus, soit 4 000 ou 5 000 cycles de charge. En revanche, les batteries lithium-ion n'ont que 800 à 1 000 cycles.

Vous devez donc réfléchir très soigneusement à la fréquence d'utilisation de la batterie à l'avance. Cela a une influence majeure sur le choix de la technologie de la batterie. Si la batterie sur le bateau est déchargée et rechargée peut-être 50 fois par an, même les 1 000 cycles de charge d'une batterie lithium-ion suffisent largement pour les 20 prochaines années.

Si le bateau est loué pendant 200 jours par an, cela représente 400 cycles de charge consommés par an. Nous recommanderions donc sans aucun doute une batterie lithium-fer-phosphate.

Jetons maintenant un coup d'œil aux prix actuels. La batterie lithium d'Ultiatron de 7,68 kWh coûte à partir de 1.999€. Cela représente seulement 260€ par kWh. Pour des marques renommées, c'est souvent beaucoup plus : plutôt 400 à 600€ par kWh. Le prix dépend des fonctionnalités et de la chaîne d'approvisionnement. Si un BMS Bluetooth est installé, si la batterie peut être connectée en série ou si la batterie peut supporter plus de puissance de décharge, la batterie coûtera logiquement plus cher.

D'un autre côté, nous avons la batterie lithium-ion du fabricant Lithimo, les 6 kWh coûtent 3.399€. Cela représente tout de même un prix assez avantageux de 580€ par kWh. Le standard est cependant, comme pour le Spirit 1.0 Plus, plutôt un prix de 800 à 1000€ par kWh.

Les batteries lithium-ion sont utilisées lorsque la batterie doit être aussi légère que possible. Soit lorsque j'ai un petit bateau léger et que je veux atteindre le planing le plus tôt possible. Soit lorsque je transporte régulièrement la batterie, comme dans un canot pneumatique ou un bateau à rames. Par exemple, avec un moteur de 1 kW avec batterie intégrée comme le Torqeedo Travel 1103 ou l'ePropulsion Spirit 1.0 PLUS.

Pour tous les autres bateaux à déplacement, il n'est pas dramatique d'avoir 30 kg de plus dans le bateau pour une capacité de 10 kWh ou non. Pour les voiliers, les péniches et les bateaux à moteur en mode déplacement, le poids n'a pas d'importance. Cependant, il y a une énorme différence si je dépense alors 3.000 à 5.000€ de plus pour les 10 kWh. C'est pourquoi nous recommandons principalement la batterie LiFePO4 pour les systèmes plus grands.

En résumé, on peut dire : uniquement en raison des cycles de charge et de la sécurité accrue, les batteries LiFePO4 sont presque toujours recommandées, de plus, cela permet d'économiser pas mal d'argent.

Le principal avantage des batteries lithium-fer-phosphate, à mon avis, est le prix plus avantageux. Les batteries LiFePO4 sont disponibles chez nous à partir de 260€ par kWh. Nous recommandons par exemple les batteries d'Ultimatron, qui sont vraiment très abordables et parfois spécialement fabriquées pour nous.

En revanche, les batteries lithium-ion commencent à 580€ et coûtent généralement plutôt 800 - 1.000€ par kWh. Pour les bateaux à glisse, les batteries lithium-ion conviennent généralement mieux, simplement en raison de leur poids inférieur, ce qui a un impact positif sur la consommation et la vitesse.