L'influence de la température sur la batterie au lithium phosphate de fer

Les batteries lithium-ion ont une tension de fonctionnement élevée (3 fois plus élevée que les batteries NiMH et NiCd), une énergie spécifique élevée (jusqu'à 165Wh/kg, 3 fois plus élevée que les batteries NiMH), une petite taille, un poids léger, une longue durée de vie, une faible autodécharge, pas d'effet mémoire, pas de pollution et bien d'autres avantages. Dans l'industrie des énergies nouvelles, les batteries lithium-ion sont privilégiées. La durée de vie de la batterie peut atteindre environ 3000 fois, la stabilité de la décharge, est largement utilisée dans les batteries de puissance et le stockage d'énergie et d'autres domaines. Cependant, la rapidité de sa promotion et l'étendue et la profondeur des domaines d'application ne sont pas celles attendues. Outre le prix et l'homogénéité des lots causés par le matériau de la batterie lui-même, ses performances en matière de température sont également un facteur important qui entrave sa promotion rapide. Cet article examine l'influence de la température sur les performances des batteries au lithium fer phosphate, ainsi que les conditions de charge et de décharge de la batterie à hautes et basses températures.

Résumé du cycle à température ambiante d'une cellule unique (module)

Il ressort de la durée de vie de la batterie testée à température ambiante que la batterie lithium fer phosphate présente un avantage de longue durée. Actuellement, 3314 cycles sont réalisés, et le taux de rétention de capacité est toujours de 90%, et la fin de vie de 80% peut être d'environ 4000 fois.

1. Circulation des monomères

Il est terminé: 3314cyc, avec un taux de rétention de capacité de 90%.

Influencée par le processus de traitement des cellules et le processus de formation des modules, l'incohérence de la batterie s'est formée après l'achèvement du PACK.  Plus la technologie est sophistiquée, plus la résistance interne du groupe est petite et plus la différence entre les cellules est faible. La durée de vie des modules suivants est les données de base que la plupart des phosphates de fer lithium peuvent atteindre à l'heure actuelle, de sorte que dans l'utilisation du processus nécessite BMS sur le pack de batterie régulièrement pour égaliser, réduire la différence entre les cellules et prolonger la durée de vie.

2. Cycle des modules

Réalisé jusqu'à présent : 2834cyc avec un taux de rétention de capacité de 67,26%.

Résumé du cycle à haute température d'une cellule unique

Les conditions de température élevée accélèrent le vieillissement de la batterie.

1. Courbe de charge/décharge d'une seule cellule

2. Cycle à haute température

Le cycle à haute température complète 1100cyc et le taux de rétention de capacité est de 73,8%

Effet de la basse température sur les performances de charge et de décharge

La capacité de décharge de la batterie à la température de 0 à -20°C était équivalente à 88,05%, 65,52% et 38,88% de la capacité à la température de 25°C, respectivement ; la tension de décharge moyenne était de 3,134, 2,963 V et 2,788 V dans l'ordre, et la tension de décharge moyenne à -20°C était inférieure de 0,431 V à celle à 25°C. À partir de l'analyse ci-dessus, on peut voir que lorsque la température diminue, la tension de décharge moyenne et la capacité de décharge des batteries lithium-ion diminuent, en particulier lorsque la température est de -20 ° C, la capacité de décharge et la tension de décharge moyenne de la batterie diminuent plus rapide.

Figure 1 Courbe de décharge de la batterie LiFePO4 à différentes températures

Analysées du point de vue électrochimique, la résistance de la solution et la résistance de la membrane SEI ne changent pas beaucoup sur toute la plage de température et ont un faible effet sur les performances de la batterie à basse température ; la résistance de transfert de charge augmente de manière significative avec la diminution de la température, et les changements avec la température sur toute la plage de température sont significativement plus importants que la résistance de la solution et la résistance de la membrane SEI. En effet, lorsque la température diminue, la conductivité ionique de l'électrolyte diminue, et la résistance de la membrane SEI et la résistance de la réaction électrochimique augmentent, ce qui entraîne une augmentation de la polarisation ohmique, de la polarisation dense et de la polarisation électrochimique à basse température. La courbe de décharge de la batterie montre que la tension moyenne et la capacité de décharge diminuent à mesure que la température diminue.

Figure 2 Après avoir chargé et déchargé la batterie 5 fois à basse température

On peut voir sur la figure 2 qu'après un cycle à -20 ° C pendant 5 fois et en continuant à effectuer un cycle à 25 ° C, la capacité et le taux de décharge de la batterie diminueront. En effet, à mesure que la température diminue, la conductivité ionique de l'électrolyte diminue et la polarisation ohmique, la polarisation de concentration et la polarisation électrochimique dans le processus de charge à basse température augmentent, ce qui conduit au dépôt de lithium métallique, qui décompose l'électrolyte, et conduit finalement à Le film SEI sur la surface de l'électrode s'épaissit et la résistance du film SEI augmente. Cela se manifeste dans la courbe de décharge par une diminution du taux de décharge et de la capacité de décharge.

1. L'influence de la basse température sur les performances du cycle

Figure 3 Courbe de cycle de taux de 0,5 C de la batterie lithium-ion à température ambiante

Figure 4 Courbe de cycle du taux de 0,5 C de la batterie au lithium-ion à -10 ℃

On peut voir sur la figure que la capacité de la batterie décroît rapidement dans un environnement de -10 ° C. Après 100 cycles, la capacité n'est que de 59 mAh / g et la capacité diminue de 47,8%. La batterie qui a été déchargée à basse température est placée à une température normale pour un test de charge-décharge afin d'étudier ses performances de récupération de capacité. Sa capacité a été rétablie à 70,8 mAh / g, avec une perte de capacité de 68%. On constate que le cycle à basse température de la batterie a un impact plus important sur la récupération de la capacité de la batterie.

2. Impact de la basse température sur les performances de sécurité

Le processus de charge d'une batterie lithium-ion est un processus dans lequel les ions lithium sont extraits de l'électrode positive par la migration d'électrolyte et insérés dans le matériau d'électrode négative. Les ions lithium sont polymérisés sur l'électrode négative et un ion lithium est capturé par six atomes de carbone. À basse température, l'activité de la réaction chimique est réduite, tandis que la migration des ions lithium devient plus lente, l'ion lithium à la surface de l'électrode négative n'a pas été intégré dans l'électrode négative a été d'abord réduit en lithium métal, et la précipitation sur la surface de l'électrode négative pour former une dendrite de lithium, qui est susceptible de perforer le diaphragme provoquant un court-circuit à l'intérieur de la batterie, ce qui à son tour endommage la batterie et provoque des accidents de sécurité.

On peut conclure à partir des données ci-dessus que les batteries au lithium fer phosphate sont fortement affectées par la température. Dans le domaine d'application de la batterie de puissance et de l'environnement d'application qui a une grande influence sur la température, il est nécessaire d'effectuer une gestion thermique (refroidissement par air, refroidissement liquide, etc.) sur la batterie afin d'améliorer l'efficacité de la batterie et d'étendre la durée de vie du système de batterie.

Facteurs affectant la consistance des batteries lithium fer phosphate

1. La qualité des matières premières: en particulier le matériau de phosphate de fer lithium est une nouveauté, son équipement de fabrication et son processus de synthèse ne sont pas sûrs et matures, et la qualité est sujette à des fluctuations, ce qui affecte la cohérence des produits de batterie.

2. Environnement de production: La batterie au lithium fer phosphate est un produit de haute technologie avec de nombreuses matières premières chimiques et des processus complexes. Son environnement de production a des exigences élevées en matière de température, d'humidité, de poussière, etc. Si l'environnement de production n'est pas bien contrôlé, la qualité de la batterie fluctuera.

3. Équipement de fabrication: Moins il y a d'ingrédients manuels dans le processus de production et plus l'automatisation de l'équipement est élevée, meilleure est la cohérence de la batterie au lithium fer phosphate.

Pour les batteries au lithium fer phosphate, une décharge excessive et une surcharge endommageront la capacité de la batterie. La bonne façon d'utiliser les batteries au lithium est de les charger avant qu'elles ne soient épuisées, d'éviter de les recharger lorsque les batteries sont épuisées et d'éviter les surcharges. La meilleure température de fonctionnement pour les batteries au lithium est de 0 à 35 degrés Celsius. L'environnement à basse température réduira l'activité des ions lithium, la capacité de décharge de la batterie sera affaiblie et la durée d'utilisation sera raccourcie. Si la batterie au lithium se trouve dans un environnement à basse température pendant une courte période, ces dommages ne sont que temporaires et n'endommageront pas la capacité de la batterie. Lorsque la température augmente, les performances se rétablissent.

Cependant, si la batterie au lithium fer phosphate est utilisée et chargée et déchargée dans un environnement à basse température pendant une longue période, du lithium métallique précipitera à la surface de l'anode de la batterie. Ce processus est irréversible et endommagera de façon permanente la capacité de la batterie.

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