Feuilles de batterie

• Poids réduit
• Forme flexible
• Haute densité énergétique

À cet effet, nous produisons des feuilles qui rendent les cellules de batterie sûres, étanches et durables.

La fabrication de ces cellules pouch impose des exigences élevées aux matériaux. Outre des performances de barrière précises et une résistance constante aux électrolytes, la stabilité mécanique est également cruciale, notamment dans des conditions de température variables de –20 °C à +60 °C. Pour la gestion thermique au sein du module de batterie, des feuilles supplémentaires sont utilisées, pouvant être remplies de liquides régulateurs de température afin de stabiliser la température de fonctionnement du module.

Aperçu des matériaux des cellules de batterie

La batterie lithium-ion pouch est une batterie lithium-ion à électrolyte liquide, enfermée dans un boîtier polymère flexible. La principale différence par rapport aux autres types de batteries réside dans son matériau d’emballage souple : un film composite aluminium-plastique. Ce film est également le matériau le plus critique et techniquement le plus exigeant dans la fabrication des batteries pouch.

La feuille de batterie pouch se compose généralement de trois couches distinctes :

• Couche extérieure : en Nylon (PA), BOPA ou PET, assurant la protection mécanique
• Couche intermédiaire : en feuille d’aluminium, servant de barrière efficace contre les gaz, l’eau et les rayonnements UV
• Couche intérieure : en CPP ou nylon, garantissant une étanchéité fiable et une résistance à l’électrolyte

La combinaison de ces couches permet une enveloppe de cellule étanche, durable et flexible. De plus, une fine feuille contenant un fluide de régulation thermique est souvent placée entre les cellules individuelles afin d’éviter la surchauffe et d’optimiser les performances. En raison de leur structure sensible, les batteries pouch nécessitent également des systèmes de gestion de batterie (BMS) très précis, surveillant le niveau de charge, la température et la tension des cellules. Les feuilles modernes utilisent aussi des techniques de laminage avancées pour offrir de meilleures propriétés de barrière et une compatibilité accrue avec diverses chimies de cellules.

Dans quelles applications les cellules pouch sont-elles utilisées ?

La gamme d’applications des cellules pouch est vaste et reflète leur flexibilité, puisqu’elles sont employées dans de nombreux secteurs.

Électronique grand public

Exemples : smartphones, tablettes, ordinateurs portables, batteries externes, casques audio, montres connectées

Avantages : conception compacte et légère, forme adaptable pour des designs personnalisés, haute densité énergétique dans un espace réduit

Mobilité électrique et automobile

Exemples : véhicules électriques, véhicules hybrides, vélos électriques, trottinettes électriques

Avantages : bon refroidissement grâce à la conception plate, adaptabilité aux configurations spécifiques des véhicules, structure modulaire pour des systèmes de batteries évolutifs

Technologie aérospatiale

Exemples : drones, systèmes embarqués d’aéronefs, satellites, modules spatiaux

Avantages : poids réduit pour une capacité énergétique élevée, efficacité énergétique dans des conditions d’espace et de poids limitées

Technologie médicale et industrie

Exemples : dispositifs médicaux portables (p. ex. pompes à perfusion, systèmes ECG), dispositifs implantables (p. ex. neurostimulateurs), outils électriques (perceuses, scies), systèmes industriels (tels que l’alimentation de secours ou la robotique)

Avantages : alimentation compacte et fiable, longue durée de vie, robustesse et sécurité pour une utilisation médicale

Systèmes de stockage d’énergie stationnaires (ESS)

Exemples : stockage domestique relié à des installations photovoltaïques, systèmes hors réseau, unités de stockage à grande échelle (p. ex. solutions en conteneur pour la stabilisation du réseau), projets de recherche et pilotes en technologie énergétique

Avantages : évolutifs et durables, chimie cellulaire stable pour un fonctionnement à long terme, soutien des énergies renouvelables grâce au stockage intermédiaire, adaptés à la gestion des pics de charge et à l’alimentation de secours

Depuis 2005, la NASA utilise également des cellules pouch dans ses missions spatiales en raison de leurs caractéristiques sûres, légères et efficaces.

Ce que les concepteurs de batteries doivent prendre en compte lors du choix des feuilles

Le choix du bon film composite constitue la première étape dans le développement de cellules lithium-ion sûres et performantes. Dans les cellules pouch, le boîtier n’est pas seulement un élément de protection : il fait partie intégrante de la cellule et doit résister à des contraintes chimiques, mécaniques et thermiques importantes.

• Structure et épaisseur des couches : l’épaisseur de chaque couche influence non seulement le poids, mais aussi les performances de barrière et la résistance à la déchirure.
• Largeur des rouleaux : les largeurs disponibles varient selon la taille de la cellule et le type de transformation ultérieure (p. ex. découpe, emboutissage).
• Résistance chimique : la couche d’étanchéité interne doit être résistante et imperméable, notamment aux électrolytes tels que les sels de lithium ou les solvants organiques.

En plus des propriétés matérielles, il convient également d’évaluer les caractéristiques de mise en œuvre, telles que la formabilité, la température de soudure et la stabilité à long terme sous contraintes mécaniques.

Séparateurs et films composites dans les cellules lithium-ion

Les performances et la sécurité des batteries lithium-ion dépendent de leurs matériaux, en particulier des composants invisibles à l’intérieur et à la surface. Tandis que les films séparateurs contrôlent le flux d’ions au cœur de la batterie, les couches barrières protègent la cellule des influences extérieures. Tous deux doivent résister à des conditions extrêmes, mais leurs fonctions et propriétés diffèrent fondamentalement.

Les films séparateurs (généralement en PE ou PP) séparent l’anode et la cathode, permettant le passage des ions tout en bloquant les électrons, une fonction essentielle pour un fonctionnement sûr. Les films composites aluminium-plastique, quant à eux, enveloppent la cellule et la protègent contre l’humidité, les gaz et les contraintes mécaniques.

Les conceptions de matériaux innovantes combinent désormais ces deux fonctions, permettant la création de batteries plus compactes ou particulièrement sécurisées.

Les cellules pouch présentent plusieurs avantages et inconvénients, mais leur demande croissante est indéniable. Leur conception efficace, flexible et compacte ouvre de nouvelles possibilités par rapport aux autres types de batteries. Il est donc essentiel d’accorder une attention particulière à la qualité des films lors de la production.

Ce qui compte lors du choix des films pour les batteries

Le choix du film approprié détermine la sécurité, les performances et la longévité des cellules pouch. Avant de sélectionner un matériau, les aspects suivants doivent être évalués :

• Imperméabilité : le film doit protéger de manière fiable contre l’humidité, l’oxygène et les rayonnements UV.
• Résistance aux électrolytes : particulièrement importante en présence de substances agressives telles que les sels de lithium ou les solvants organiques.
• Robustesse : il doit résister aux contraintes mécaniques telles que la pression, la flexion ou les vibrations.
• Facilité de traitement : il doit s’intégrer harmonieusement dans les processus de production existants, qu’il s’agisse d’emboutissage, de soudure ou de formats de cellules spécifiques.
• Résistance à la chaleur : une faible rétraction thermique et une grande stabilité à haute température sont essentielles.

Nous serons ravis de vous aider à trouver le film composite optimal, adapté à votre type de cellule et à votre domaine d’application spécifiques.

Quelles tailles sont disponibles ?

Des largeurs standard aux solutions sur mesure, nous fournissons exactement selon vos besoins. N’hésitez pas à nous contacter.

FAQ

• Quelle est la différence entre les cellules pouch et les cellules prismatiques ?

  Les cellules pouch sont plates et flexibles, tandis que les cellules prismatiques sont rigides et rectangulaires. Les cellules pouch peuvent être plus facilement adaptées à différentes formes de boîtiers, mais nécessitent des enveloppes plus robustes.

• Quels matériaux conviennent aux films pour cellules pouch ?

  En général, on utilise des films composites à trois couches composés de nylon, d’aluminium et de CPP. Cette combinaison assure la résistance mécanique, les performances de barrière et la résistance aux électrolytes.

• Comment les films pour cellules pouch sont-ils fabriqués ?

  Ils sont généralement produits par extrusion-laminage ou par laminage à sec avec une grande précision.

• Quelles plages de température les films pour cellules pouch peuvent-ils supporter ?

  Plage standard : de –20 à +60 °C ; des températures plus élevées sont possibles avec des configurations spéciales.

• Quelle est la durée de vie des films dans les systèmes de batteries ?

  Lorsqu’ils sont correctement traités et utilisés, les films peuvent atteindre une durée de vie de plusieurs années ou de nombreux cycles de charge, selon le type de cellule et l’application.

Nous comptons parmi les principaux fournisseurs européens de films pour l’isolation, l’emballage et les applications industrielles, avec plus de 40 ans d’expertise chez AlFiPa. Notre équipe vous offre un accompagnement complet sur tous les sujets techniques et leurs applications. N’hésitez pas à nous contacter à tout moment pour toute question !