Les batteries au lithium-ion (Li-ion) sont la source d'alimentation préférée des appareils portatifs en raison de leur petite taille et de leur faible poids. Les packs de batteries Li-ion n'ont aucun " effet de mémoire " (également connu sous le nom de tension de dépression), commun dans les compositions chimiques de cellules plus anciennes. Avec une densité d'énergie supérieure à celle des batteries à base de nickel et un faible taux de décharge spontanée, les batteries Li-ion ont révolutionné la conception des appareils portables auparavant limités par la taille de la source d'alimentation, le poids et les limites d'autonomie.

En raison de la nature plus volatile des blocs-batteries au lithium et au nickel et de leur forte densité énergétique, chaque bloc-batterie au lithium est conçu en tenant compte des considérations de sécurité, de la phase de conception à la fabrication en série.

La batterie ion-lithium nécessite un faible entretien, un avantage auquel la plupart des autres chimies ne peuvent prétendre. Il n'y a pas de mémoire et aucun cycle programmé n'est requis pour prolonger la durée de vie de la batterie. En outre, l'autodécharge est inférieure à la moitié par rapport au nickel-cadmium, ce qui rend l'ion-lithium bien adapté aux applications de jauge de carburant modernes. Les piles ion-lithium causent peu de dommages lorsqu'elles sont éliminées.

Malgré ses avantages globaux, l'ion-lithium a ses inconvénients. Il est fragile et nécessite un circuit de protection pour assurer un fonctionnement sûr. Construit dans chaque paquet, le circuit de protection 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. De plus, la température de la cellule est surveillée pour éviter les températures extrêmes. Le courant de charge et de décharge maximum sur la plupart des packs est limité entre 1C et 2C. Avec ces précautions en place, la possibilité de métallisation du lithium due à une surcharge est pratiquement éliminée.

Le vieillissement est une préoccupation avec la plupart des batteries ion-lithium. Une certaine détérioration de la capacité est perceptible après un an, que la batterie soit utilisée ou non. La batterie défaille fréquemment après deux ou trois ans. Il convient de noter que d'autres chimies ont également des effets dégénératifs liés à l'âge. Cela est particulièrement vrai pour le nickel-métal-hydrure s'il est exposé à des températures ambiantes élevées. Dans le même temps, les packs ion-lithium sont connus pour avoir servi pendant cinq ans dans certaines applications.

Les fabricants améliorent constamment l'ion-lithium. Des combinaisons chimiques nouvelles et améliorées sont introduites tous les six mois environ. Avec des progrès aussi rapides, il est difficile d'évaluer dans quelle mesure la batterie révisée vieillira.

Le stockage dans un endroit frais ralentit le processus de vieillissement de l'ion-lithium (et d'autres composition chimiques). Les fabricants recommandent des températures de stockage de 15°C. De plus, la batterie doit être partiellement chargée pendant le stockage. Le fabricant recommande une charge de 40 %.

La batterie ion-lithium la plus économique en termes de rapport coût/énergie est la 18650 cylindrique (18 est le diamètre et 650 la longueur en mm). Cette cellule est utilisée pour l'informatique mobile et d'autres applications qui n'exigent pas de géométrie ultra-fine. Si un pack mince est nécessaire, la cellule ion-lithium prismatique est le meilleur choix. Ces cellules ont un coût plus élevé en termes d'énergie stockée.

Avantages de la batterie ion-lithium

  • Densité énergétique élevée - potentiel pour des capacités encore plus élevées.
  • N'a pas besoin d'amorçage prolongé à l'état neuf. Une charge régulière est tout ce dont elle a besoin.
  • Auto-décharge relativement faible - l'auto-décharge est moins de la moitié de celle des batteries à base de nickel.
  • Faible maintenance - aucune décharge périodique n'est nécessaire ; Il n'y a pas de mémoire.
  • Les cellules spécialisées peuvent fournir un courant très élevé aux applications telles que les outils électriques.

Limites des batteries Ion-Li

  • Nécessite un circuit de protection pour maintenir la tension et le courant dans les limites de sécurité.
  • Sujet au vieillissement, même s'il n'est pas utilisé - le stockage dans un endroit frais à 40 % réduit l'effet de vieillissement.
  • Restrictions de transport - l'expédition de plus grandes quantités peut être soumise à un contrôle réglementaire. Cette restriction ne s'applique pas au transport de batteries personnelles. (Voir la dernière section)
  • Cher à fabriquer
  • Pas complètement mature - les métaux et les produits chimiques changent continuellement.

Restrictions sur l'expédition des batteries au lithium-ion

Toute personne livrant des batteries lithium-ion en grande quantité est tenue de respecter les règlements de transport. Cela s'applique aux envois nationaux et internationaux par voie terrestre, maritime et aérienne.

Les piles au lithium-ion dont la teneur en lithium équivalente dépasse 1,5 grammes ou 8 grammes par batterie doivent être expédiées en tant que « matières dangereuses diverses de classe 9 ». La capacité de la cellule et le nombre de cellules dans un pack déterminent la teneur en lithium.

Exception est donnée aux emballages contenant moins de 8 grammes de lithium. Si, toutefois, un envoi contient plus de 24 piles au lithium ou 12 piles au lithium-ion, des marques spéciales et des documents d'expédition seront requis. Chaque emballage doit être marqué comme contenant des piles au lithium.

Toutes les batteries lithium-ion doivent être testées conformément aux spécifications détaillées dans le numéro ONU 3090, indépendamment de la teneur en lithium (Manuel d'épreuves et de critères de l'ONU, partie III, sous-section 38.3). Cette précaution protège contre l'envoi de batteries défectueuses.

Cellules & batteries doivent être séparés pour éviter un court-circuit et doivent être emballés dans des caisses solides

< h2 >Applications des Packs de batteries Lithium-Ion

Équipements médicaux portables

  • Pompes à perfusion
  • Systèmes à rayons X portables
  • Respirateurs
  • Défibrilateurs
  • Instruments de chirurgie
  • Appareils de surveillance des patients
  • Lits et chariots motorisé
  • Stimulateurs musculaires

Électronique portable

  • Imprimantes portables
  • Appareils de mesure
  • Dispositifs de collecte de données
  • Systèmes de détection de gaz
  • Dispositifs de capture d'image

Sûreté et sécurité

  • Caméras de vision nocturne
  • Équipement de Surveillance
  • Dispositifs d’imagerie thermique
  • Wearable
  • Alarmes personnelles

Lithium ion (Li-ion) battery packs are the preferred power source for handheld devices due to their small size and light weight. Li-ion battery packs have no “memory effect” (also known as voltage depression) , common in older cell chemistries. With a higher energy density than Nickel-based battery packs and a low self discharge rate, Li-ion battery packs have revolutionized the design of portable devices that were previously restricted by power source size, weight, and run-time limitations.

Due to the more volatile nature of Lithium versus Nickel battery packs and high energy density every Lithium battery pack is designed with special attention to safety considerations, from the design phase to volume manufacturing.

Lithium-ion is a low maintenance battery, an advantage that most other chemistries cannot claim. There is no memory and no scheduled cycling is required to prolong the battery's life. In addition, the self-discharge is less than half compared to nickel-cadmium, making lithium-ion well suited for modern fuel gauge applications. Lithium-ion cells cause little harm when disposed.

Despite its overall advantages, lithium-ion has its drawbacks. It is fragile and requires a protection circuit to maintain safe operation. Built into each pack, the protection circuit limits the peak voltage of each cell during charge and prevents the cell voltage from dropping too low on discharge. In addition, the cell temperature is monitored to prevent temperature extremes. The maximum charge and discharge current on most packs is limited to between 1C and 2C. With these precautions in place, the possibility of metallic lithium plating occurring due to overcharge is virtually eliminated.

Aging is a concern with most lithium-ion batteries. Some capacity deterioration is noticeable after one year, whether the battery is in use or not. The battery frequently fails after two or three years. It should be noted that other chemistries also have age-related degenerative effects. This is especially true for nickel-metal-hydride if exposed to high ambient temperatures. At the same time, lithium-ion packs are known to have served for five years in some applications.

Manufacturers are constantly improving lithium-ion. New and enhanced chemical combinations are introduced every six months or so. With such rapid progress, it is difficult to assess how well the revised battery will age.

Storage in a cool place slows the aging process of lithium-ion (and other chemistries). Manufacturers recommend storage temperatures of 15°C (59°F). In addition, the battery should be partially charged during storage. The manufacturer recommends a 40% charge.

The most economical lithium-ion battery in terms of cost-to-energy ratio is the cylindrical 18650 (18 is the diameter and 650 the length in mm). This cell is used for mobile computing and other applications that do not demand ultra-thin geometry. If a slim pack is required, the prismatic lithium-ion cell is the best choice. These cells come at a higher cost in terms of stored energy.

Lithium Ion Battery Advantages

  • High energy density - potential for yet higher capacities.
  • Does not need prolonged priming when new. One regular charge is all that's needed.
  • Relatively low self-discharge - self-discharge is less than half that of nickel-based batteries.
  • Low Maintenance - no periodic discharge is needed; there is no memory.
  • Specialty cells can provide very high current to applications such as power tools.

Limitations of Li-Ion Batteries

  • Requires protection circuit to maintain voltage and current within safe limits.
  • Subject to aging, even if not in use - storage in a cool place at 40% charge reduces the aging effect.
  • Transportation restrictions - shipment of larger quantities may be subject to regulatory control. This restriction does not apply to personal carry-on batteries. (See last section)
  • Expensive to manufacture
  • Not fully mature - metals and chemicals are changing on a continual basis.

Restrictions on Shipment of Lithium-ion Batteries

Anyone shipping lithium-ion batteries in bulk is responsible to meet transportation regulations. This applies to domestic and international shipments by land, sea and air.

Lithium-ion cells whose equivalent lithium content exceeds 1.5 grams or 8 grams per battery pack must be shipped as "Class 9 miscellaneous hazardous material." Cell capacity and the number of cells in a pack determine the lithium content.

Exception is given to packs that contain less than 8 grams of lithium content. If, however, a shipment contains more than 24 lithium cells or 12 lithium-ion battery packs, special markings and shipping documents will be required. Each package must be marked that it contains lithium batteries.

All lithium-ion batteries must be tested in accordance with specifications detailed in UN 3090 regardless of lithium content (UN manual of Tests and Criteria, Part III, subsection 38.3). This precaution safeguards against the shipment of flawed batteries.

Cells & batteries must be separated to prevent short-circuiting and must be packaged in strong boxes

Applications of Lithium-Ion Battery Packs

Portable Medical Equipment

  • Infusion pumps
  • Portable X-ray systems
  • Respirators
  • Defibrilators
  • Surgical tools
  • Patient monitoring devices
  • Motorized beds and carts
  • Muscle stimulators

Handheld Electronics

  • Handheld printers
  • Measurement devices
  • Data collection devices
  • Gas detection systems
  • Image capture devices

Safety and Security

  • Night vision cameras
  • Surveillance equipment
  • Thermal imaging devices
  • Wearable gas detection systems
  • Personal alarms

Military

  • Ruggedized Portable communications equipment
  • Ruggedized Computing devices
  • Power Tools and Appliances
  • Measuring equipment and Lasers
  • Construction/Assembly equipment

Communications

  • Mobile Phones
  • Mobile Electronic Devices
  • Mobile industrial Computers
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