**Introduction:**
Avec le développement rapide de nouvelles sources d'énergie, les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans divers domaines. Cependant, dans les environnements à basse température, elles sont confrontées à de nombreux défis de performance, notamment une diminution de la capacité de décharge, une augmentation de la résistance interne et une réduction de l'efficacité de charge et de décharge. Cet article se penche sur les problèmes des batteries lithium-ion à basse température et présente quelques stratégies, en mettant l'accent sur la recherche et le développement de la technologie de préchauffage des batteries lithium-ion.
**I. Impact d'une faible température de la batterie sur ses performances**
1. **Diminution de la capacité de décharge de la batterie :**
La capacité de la batterie, l'un des paramètres les plus cruciaux, diminue considérablement à basse température. L'observation de la courbe température-capacité révèle qu'à -20 °C, la capacité n'est que d'environ 60 % de celle à 15 °C. Ce phénomène est principalement dû à la réduction de l'activité du matériau de l'électrode positive, qui ralentit le mouvement des ions lithium et entraîne une diminution de la capacité.
2. **Augmentation de la résistance interne :**
Il existe une relation évidente entre la résistance interne de la batterie et la température, avec une augmentation substantielle de la résistance interne à basse température. Cela s'explique par la diminution de la capacité de diffusion et de déplacement des ions chargés dans les matériaux des électrodes positives et négatives, ce qui entraîne une augmentation de la résistance interne. La formation d'un film de passivation entre l'électrode et l'électrolyte entrave la libre circulation des ions.
3. **Efficacité de charge et de décharge réduite :**
Lorsque la température de la batterie est basse, l'efficacité de charge est considérablement affectée. À -20 °C, l'efficacité de charge n'est que de 65 % de celle à 15 °C. Cela est dû à des modifications des performances électrochimiques qui entraînent une consommation d'énergie électrique considérable sous forme de chaleur dans la résistance interne, réduisant ainsi l'efficacité de charge.
**II. Réactions secondaires à l'intérieur des batteries lithium-ion à basse température**
Outre la dégradation des performances, les batteries lithium-ion subissent diverses réactions secondaires à basse température, entraînant une baisse de capacité et une détérioration des performances. Ces réactions se produisent principalement entre les ions lithium et l'électrolyte, formant des réactions irréversibles.
1. **Réaction de l'électrode négative :**
Le potentiel du matériau de l'électrode négative est bien inférieur à celui de l'électrode positive, ce qui entraîne des réactions irréversibles au niveau de l'électrode négative, formant ainsi le film problématique de l'interface électrolyte solide (SEI). Les fissures dans ce film créent un canal de contact direct entre l'électrolyte et l'électrode, provoquant des réactions internes continues et une dégradation des performances.
2. **Réaction de l'électrode positive :**
L'activité réduite du matériau de l'électrode positive entrave la diffusion et le mouvement des ions lithium à l'électrode positive. Le cyclage continu provoque une dilatation et une contraction de l'électrode, ce qui entraîne la rupture du film SEI et affecte encore davantage les performances de la batterie.
**III. Recherche et développement d'une technologie de préchauffage à basse température pour batteries lithium-ion**
Face aux défis posés par les batteries lithium-ion dans les environnements à basse température, les techniciens ont proposé des stratégies telles que la charge et le préchauffage pour améliorer la capacité de décharge de la batterie et sa durée de vie à long terme.
1. **Méthodes de préchauffage :**
Les méthodes de préchauffage peuvent être classées en chauffage externe et chauffage interne. Comparé au chauffage externe, le chauffage interne évite la conduction thermique à longue distance et la formation de points chauds locaux, assurant un chauffage plus uniforme de la batterie et améliorant ainsi son efficacité.
2. **Approche de préchauffage du courant alternatif interne (CA) :**
Les recherches portent sur la vitesse et l'efficacité du chauffage, avec la nécessité d'éviter les réactions secondaires telles que le dépôt de lithium lors du préchauffage. Le système de gestion de batterie (BMS) doit estimer et contrôler en temps réel les conditions de dépôt de lithium, ce qui nécessite une technologie de chauffage de batterie à basse température basée sur un modèle.
**Conclusion:**
Dans le contexte du développement rapide des batteries lithium-ion, il devient crucial de relever les défis des environnements basse température. Grâce à des recherches approfondies sur l'impact des batteries sur leurs performances et à une innovation continue en matière de technologie de préchauffage, nous pouvons mieux répondre aux problèmes de performance des batteries lithium-ion dans les environnements basse température, améliorer leur fiabilité et leur durée de vie, et favoriser le développement de nouvelles applications énergétiques.
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Date de publication : 02/01/2024
