Les batteries lithium-ion présentent les avantages suivants: haute densité d'énergie, faible autodécharge, tension de sortie élevée, longue durée de vie et absence d'effet mémoire. Elles occupent la plupart des marchés de l'électronique grand public représentée par les téléphones mobiles, les ordinateurs portables, les appareils photo numériques, etc. À l’heure actuelle, l’utilisation de batteries lithium-ion dans les outils électriques, les vélos électriques et d’autres domaines a également montré une progression géométrique.
Avec le développement rapide des batteries lithium-ion dans le domaine des véhicules électriques et de l'industrie militaire, les performances à basse température ne peuvent pas s'adapter aux conditions météorologiques défavorables ou aux défauts environnementaux extrêmes. Les conditions de faible rendement, la capacité de décharge effective et l'énergie de décharge effective des batteries au lithium-ion Il y a une chute importante et il est presque impossible de charger dans l'environnement en dessous de -10 ° C, ce qui limite sérieusement l'utilisation de batteries lithium-ion.
Facteurs influant sur les performances à basse température des batteries au lithium ionique
La batterie Lithium-ion est principalement composée de matériau de cathode, d'anode, de séparateur et d'électrolyte.La batterie Lithium-ion dans un environnement à basse température présente les caractéristiques suivantes: plate-forme de décharge basse, faible capacité de décharge, atténuation rapide de la capacité et faible rendement. Les principaux facteurs de performance sont les suivants:
Structure d'électrode positive
La structure tridimensionnelle du matériau de l'électrode positive limite le débit de diffusion des ions lithium et son effet est particulièrement évident à basses températures: les matériaux d'électrode positive pour batteries lithium-ion comprennent les phosphates de fer et de lithium commerciaux, les matériaux ternaires nickel-cobalt-manganèse, le manganate de lithium, l'oxyde de lithium-cobalt, etc. Y compris les matériaux cathodiques à haute tension au stade de développement, tels que l'oxyde lithium manganèse-lithium, le phosphate manganèse-fer lithium, le phosphate vanadium, etc. Différents matériaux de cathode ont des structures tridimensionnelles différentes. Actuellement, le matériau de cathode utilisé comme batterie d'alimentation pour véhicules électriques est principalement le phosphate de fer lithium. Matériau ternaire nickel-cobalt-manganèse et manganate de lithium Wu Wendi et al. Ont étudié les performances de décharge d'une batterie phosphate de fer et de lithium et d'une batterie ternaire nickel-cobalt-manganèse à -20 ° C. Il a été constaté que la capacité de décharge d'une batterie de phosphate de fer et de lithium à -20 ° C ne pouvait atteindre La capacité de la pièce à température ambiante est de 67,38% et la batterie ternaire nickel-cobalt-manganèse peut atteindre 70,1%, ce qui a été confirmé par Du Xiaoli et al. La batterie à l'oxyde de lithium-manganèse peut atteindre 83% de la température normale à -20 ° C.
Solvant à point de fusion élevé
En raison de la présence d’un solvant à point de fusion élevé dans le mélange solvant électrolyte, la viscosité de l’électrolyte de la batterie lithium-ion augmente dans un environnement à basse température. Lorsque la température est trop basse, le phénomène de solidification de l’électrolyte se produit, ce qui entraîne une diminution du taux de transport des ions lithium dans l’électrolyte.
Taux de diffusion des ions lithium
La vitesse de diffusion de l’ion lithium dans l’anode en graphite diminue dans les environnements à basse température. L’effet de l’anode en graphite sur les performances de décharge à basse température d’une batterie au lithium ion est étudié. L’impédance de migration de la charge de la batterie au lithium augmente dans un environnement à basse température, ce qui conduit à l’ion lithium dans le graphite. La diminution du taux de diffusion dans l'électrode négative est une raison importante qui affecte les performances à basse température des batteries lithium-ion.
Film SEI
Dans l'environnement à basse température, le film SEI de l'électrode négative de la batterie lithium-ion est épaissi et l'impédance du film SEI est augmentée, ce qui entraîne une diminution du taux de conduction des ions lithium dans le film SEI.Ensuite, la batterie lithium-ion est chargée et déchargée dans un environnement à basse température afin de créer une polarisation réduisant l'efficacité de charge et de décharge
Actuellement, de nombreux facteurs influent sur les performances à basse température des batteries lithium-ion, tels que la structure de l'électrode positive, le taux de migration des ions lithium dans diverses parties de la batterie, l'épaisseur et la composition chimique du film SEI et le choix du sel de lithium et du solvant dans l'électrolyte. Les batteries lithium-ion sont utilisées dans le domaine des véhicules électriques, de l'industrie militaire et des environnements extrêmes.Le développement de batteries lithium-ion offrant d'excellentes performances à basse température constitue une demande urgente sur le marché.
