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Quelle est la meilleure batterie, une batterie au lithium ou une batterie NiMh ?

September 12 , 2025

Qu'est-ce qui est mieux, une batterie au lithium ou une batterie NiMH ?

Portée par les technologies modernes, la technologie des batteries continue de progresser. En tant que deux principaux types de batteries rechargeables, les batteries au lithium et les batteries nickel-hydrure métallique offrent chacune des avantages et des applications uniques. Cet article propose une analyse approfondie des batteries au lithium et au nickel-hydrure métallique sous différents angles, notamment la densité énergétique, le temps de charge, le taux d'autodécharge, le coût, la sécurité, la durée de vie, le respect de l'environnement et les technologies associées, afin d'aider les lecteurs à mieux comprendre et choisir le type de batterie le plus adapté.

Densité énergétique

La densité énergétique est un indicateur de performance clé qui influence directement la durée de vie, le volume et le poids de la batterie. Les batteries au lithium ont généralement une densité énergétique comprise entre 150 et 250 Wh/kg, tandis que les batteries nickel-hydrure métallique ont une densité énergétique d'environ 60 à 120 Wh/kg. Cela signifie que les batteries au lithium peuvent fournir plus d'énergie pour un même poids, ce qui les rend adaptées aux applications nécessitant une densité énergétique élevée, comme les smartphones et les véhicules électriques.

Lithium ion battery

Temps de charge
Le temps de charge est un facteur crucial pour l'expérience utilisateur. Les batteries au lithium se chargent rapidement, généralement en 2 à 3 heures. En revanche, les batteries nickel-hydrure métallique nécessitent plus de temps de charge, généralement entre 3 et 10 heures. Les batteries au lithium présentent un avantage certain pour les appareils nécessitant une charge rapide, comme les téléphones portables et les outils électriques.

Taux d'autodécharge
Le taux d'autodécharge désigne la perte naturelle de charge de la batterie lorsqu'elle n'est pas utilisée. Les batteries au lithium ont un taux d'autodécharge plus faible, d'environ 1,5 % à 2 % par mois, tandis que les batteries nickel-hydrure métallique ont un taux d'autodécharge plus élevé, atteignant 20 % à 30 % par mois. Cela signifie que les batteries au lithium conservent mieux leur charge pendant les longues périodes d'inactivité, ce qui les rend idéales pour les alimentations de secours et les appareils non utilisés pendant de longues périodes.

Coût
Le coût est un critère important lors du choix d'une batterie. Les batteries nickel-hydrure métallique présentent des coûts de production plus faibles et sont relativement abordables. Les batteries au lithium, quant à elles, ont un processus de production plus complexe et sont relativement coûteuses. Cependant, grâce aux progrès technologiques et à la production à grande échelle, leurs prix ont régulièrement baissé, devenant progressivement la norme sur le marché. Pour les applications à budget limité, les batteries nickel-hydrure métallique peuvent s'avérer plus attractives.

Sécurité
La sécurité est un enjeu majeur dans l'utilisation des batteries. Les batteries nickel-hydrure métallique sont généralement considérées comme plus sûres que les batteries au lithium, car elles présentent une capacité thermique massique et une densité énergétique plus faibles, ainsi qu'un point de fusion de 400 °C. Cela signifie qu'elles ne chauffent pas rapidement et ne s'enflamment pas en cas de collision, d'écrasement, de perforation ou de court-circuit. Cependant, en raison de la forte réactivité des ions lithium et de leur forte densité énergétique, certains types de matériaux de batteries au lithium sont inflammables. Un court-circuit peut provoquer une élévation de température susceptible de provoquer une combustion spontanée. Les batteries nickel-hydrure métallique offrent donc un avantage de sécurité supérieur.

Durée de vie du service
La durée de vie est un indicateur clé des performances d'une batterie. Les batteries lithium-ion ont généralement une durée de vie de plus de 1 000 cycles de charge, tandis que les batteries nickel-hydrure métallique ont une durée de vie de 300 à 500 cycles de charge. Cela signifie que les batteries lithium-ion offrent de meilleures performances sur de longues périodes d'utilisation et conviennent aux applications nécessitant une longue durée de vie, comme les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie.

Performance environnementale
La performance environnementale est un facteur clé dans la technologie moderne des batteries. Les batteries nickel-hydrure métallique ne contiennent pas de métaux lourds toxiques et présentent une valeur de recyclage élevée. Si les batteries lithium-ion ne contiennent pas de substances dangereuses comme le cadmium, leurs processus de production et de recyclage ont un impact environnemental. Globalement, les batteries nickel-hydrure métallique offrent de meilleures performances environnementales.

Scénarios d'application
Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans les smartphones, les ordinateurs portables, les véhicules électriques, les outils électriques et les systèmes de stockage d'énergie renouvelable. Leur densité énergétique élevée, leur charge rapide et leur longue durée de vie en font un choix privilégié pour ces appareils hautes performances. Les batteries NiMH sont plus couramment utilisées dans les appareils photo numériques, les appareils de communication, les cosmétiques personnels et les véhicules hybrides. Leur faible coût et leur sécurité élevée les rendent compétitives dans ces domaines.

Vitesse de charge
Les batteries au lithium se chargent généralement plus rapidement que les batteries NiMH. Elles peuvent être complètement chargées en une à trois heures, tandis que les batteries NiMH nécessitent plus de dix heures. Leur capacité de charge rapide les rend plus adaptées aux applications nécessitant une charge rapide, comme les smartphones et les véhicules électriques.

Méthodes de charge
Les batteries au lithium et les batteries NiMH utilisent des méthodes de charge différentes. Les batteries au lithium utilisent généralement une méthode de charge à courant constant et tension constante (CCCV), qui se charge initialement à un courant constant. Une fois que la tension atteint un certain niveau, la batterie passe à une tension constante jusqu'à sa charge complète. Les batteries NiMH, quant à elles, utilisent davantage une charge à courant constant, ce qui se traduit par des fluctuations de courant plus faibles et une tension plus uniforme pendant la charge.

Efficacité de charge
L'efficacité de charge désigne l'efficacité avec laquelle une batterie convertit l'énergie électrique en énergie chimique pendant le processus de charge. Les batteries lithium-ion ont généralement une efficacité coulombienne de charge comprise entre 80 % et 90 %, tandis que les batteries nickel-hydrure métallique ont généralement une efficacité coulombienne de charge de 66 %. Cela signifie que pour 100 ampères-heures de charge délivrées, 150 ampères-heures de charge sont nécessaires. Cela indique que les batteries lithium-ion subissent moins de pertes d'énergie pendant la charge et sont plus efficaces.

Sensibilité à la température
Les batteries Ni-métal-hydrure sont thermosensibles, ce qui entraîne une chute de tension en cas de variations de température et un risque d'explosion à des températures extrêmes. En revanche, les batteries lithium-ion, tout en étant thermosensibles, tolèrent généralement mieux les variations de température et maintiennent une tension constante même à haute température.

Sécurité de charge
Les batteries Ni-métal-hydrure sont généralement considérées comme plus sûres que les batteries lithium-ion, car elles contiennent moins de composants actifs, ce qui réduit le risque de réactions. En raison de leurs propriétés chimiques, les batteries lithium-ion sont plus sujettes à l'emballement thermique en cas de surchauffe ou de surcharge, ce qui nécessite des circuits de protection pour garantir un fonctionnement sûr.

Mécanisme de génération de chaleur et modèle thermique
Les batteries lithium-ion subissent des réactions chimiques lors de la charge et de la décharge, générant de la chaleur. L'électrode négative d'une batterie lithium-ion est dotée d'une couche SEI. Lorsque la température atteint 80 °C à 120 °C, cette couche se décompose, provoquant un excès de chaleur. Les modèles thermiques des batteries lithium-ion reposent généralement sur la formule proposée par Bernardi et al., supposant une production de chaleur uniforme au sein de la batterie.

Le mécanisme de génération de chaleur des batteries nickel-hydrure métallique est similaire à celui des batteries lithium-ion, mais en raison de leur composition chimique et de leurs caractéristiques réactionnelles différentes, le taux de génération de chaleur et le modèle thermique peuvent différer. Les batteries nickel-hydrure métallique génèrent également de la chaleur pendant la charge, mais la quantité de chaleur dégagée est généralement inférieure à celle des batteries lithium-ion.

Système de gestion thermique (BTMS)
Le BTMS des batteries lithium-ion est généralement plus complexe, car ces dernières sont plus sensibles à la température. Leur plage de températures de fonctionnement est étroite, avec une température optimale d'environ 25 °C et une différence maximale de température de fonctionnement ne dépassant pas 5 °C. Les systèmes de gestion thermique des batteries lithium-ion nécessitent un contrôle strict de la température pour éviter l'emballement thermique et maximiser leur durée de vie. Les batteries NiMH ont des systèmes de gestion thermique relativement simples, car elles sont moins sensibles à la température. Elles peuvent fonctionner sur une large plage de températures, et les températures extrêmes affectent rarement leurs performances et leur durée de vie.

Technologies de refroidissement
Les technologies de refroidissement courantes pour les batteries lithium-ion comprennent le refroidissement par air, le refroidissement par liquide et le refroidissement par matériaux à changement de phase. Les systèmes de refroidissement par liquide sont largement utilisés pour les batteries lithium-ion, notamment dans les véhicules électriques, en raison de leurs capacités d'échange thermique efficaces. Ils permettent de maintenir une température uniforme de la batterie, réduisant ainsi le risque de dégradation des performances et d'emballement thermique.

Les batteries NiMH peuvent être refroidies par air ou par liquide. Comme les batteries nickel-hydrure métallique présentent un risque d'emballement thermique moindre, leur système de refroidissement peut être relativement simple et économique.

Contrôle de la température
Les batteries lithium-ion nécessitent un contrôle thermique plus strict, nécessitant un système de contrôle précis pour maintenir les batteries dans la plage de température de fonctionnement optimale. Un système de gestion thermique pour batterie lithium-ion peut inclure des composants tels que des capteurs de température, des ventilateurs, des pompes et un liquide de refroidissement pour un contrôle actif de la température.
Les batteries Ni-métal hydrure nécessitent un contrôle de température moins strict et peuvent uniquement nécessiter un système de gestion thermique passif, tel qu'un dissipateur thermique ou un refroidissement par convection naturelle.

Sécurité thermique
La sécurité thermique des batteries lithium-ion est un élément clé de leur gestion thermique. L'utilisation de batteries lithium-ion à haute température accélère les réactions électrochimiques, entraînant une dégradation de leur capacité, une réduction de leur durée de vie, voire un risque d'incendie. Par conséquent, un système de gestion thermique des batteries lithium-ion doit être capable d'empêcher toute surchauffe.
Les batteries Ni-métal-hydrure offrent une sécurité thermique relativement élevée, car elles réagissent moins violemment en cas de surchauffe que les batteries lithium-ion. Un système de gestion thermique de batterie Ni-métal-hydrure se concentre davantage sur le maintien des performances de la batterie que sur la prévention de l'emballement thermique.

Comparaison des batteries lithium-ion et nickel-hydrure métallique

Aspect	Batterie lithium-ion	Batterie nickel-hydrure métallique (NiMH)
Densité énergétique	150–250 Wh/kg, plus haut, plus léger, durée de fonctionnement plus longue ; idéal pour les véhicules électriques et les smartphones	60–120 Wh/kg, plus faible ; plus volumineux pour la même capacité
Temps de charge	2 à 3 heures (charge rapide prise en charge)	3 à 10 heures (charge plus lente)
Taux d'autodécharge	Faible : 1,5–2 %/mois ; tient bien la charge	Élevé : 20 à 30 %/mois ; se décharge rapidement
Coût	Coût plus élevé, mais prix en baisse avec la production de masse	Moins cher, plus abordable
Sécurité	Risque d'emballement thermique, inflammable en cas d'abus ; nécessite des circuits de protection	Plus sûr, densité énergétique plus faible, moins sujet aux incendies/explosions
Durée de vie du service	>1000 cycles de charge (durée de vie plus longue)	300 à 500 cycles de charge (durée de vie plus courte)
Performance environnementale	Pas de cadmium toxique, mais le recyclage a un impact environnemental	Pas de métaux lourds toxiques, valeur de recyclage plus élevée, plus écologique
Scénarios d'application	Smartphones, ordinateurs portables, véhicules électriques, outils électriques, stockage d'énergie	Appareils photo, petits appareils électroniques, appareils personnels, véhicules hybrides
Vitesse de charge	1 à 3 heures (charge rapide prise en charge)	>10 heures (lent)
Méthode de charge	CCCV (courant constant → tension constante)	Courant constant (tension plus uniforme)
Efficacité de charge	80–90 % (moins de pertes d'énergie)	~66 % (perte d'énergie plus élevée)
Sensibilité à la température	Modéré; peut tolérer les fluctuations mais nécessite un contrôle	Élevé ; chute de tension avec les changements de température, risque d'explosion aux extrêmes
Sécurité de charge	Nécessite une surveillance ; risque de surcharge/surchauffe	Plus sûr, moins de composants actifs
Production de chaleur	Génère plus de chaleur (décomposition de la couche SEI 80–120 °C)	Génère globalement moins de chaleur
Système de gestion thermique (BTMS)	Complexe, plage de température étroite (~25°C optimal), contrôle actif requis	Plage de fonctionnement simple et plus large, moins affectée par les extrêmes
Technologies de refroidissement	Air, liquide, changement de phase ; refroidissement liquide courant dans les véhicules électriques	Refroidissement par air ou par liquide simple ; faible coût
Contrôle de la température	Strict ; nécessite des capteurs, des ventilateurs, des pompes et du liquide de refroidissement	Détendu ; souvent passif (dissipateur de chaleur, convection)
Sécurité thermique	Risque élevé en cas de surchauffe ; peut se dégrader, prendre feu	Haute sécurité thermique ; se concentrer sur la performance, pas sur l'emballement

Conclusion

Si vous recherchez une densité énergétique élevée, une charge rapide et une longue durée de vie, les batteries au lithium sont meilleures.
Si la sécurité, le respect de l’environnement et le faible coût sont plus importants, les batteries nickel-hydrure métallique sont meilleures.

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