**Introduction:**
Avec le développement rapide des nouvelles sources d'énergie, les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans divers domaines. Cependant, en milieu froid, elles rencontrent plusieurs problèmes de performance, notamment une diminution de leur capacité de décharge, une augmentation de leur résistance interne et une réduction de leur rendement de charge et de décharge. Cet article examine les problématiques liées aux batteries lithium-ion en conditions de basse température et présente des stratégies pour y remédier, en mettant l'accent sur la recherche et le développement de technologies de préchauffage.
**I. Impact des basses températures de la batterie sur ses performances**
1. **Diminution de la capacité de décharge de la batterie :**
La capacité de la batterie, un paramètre crucial, diminue considérablement à basse température. L'analyse de la courbe de capacité en fonction de la température révèle qu'à -20 °C, la capacité n'atteint que 60 % environ de celle mesurée à 15 °C. Ceci est principalement dû à la réduction de l'activité du matériau de l'électrode positive, qui ralentit la mobilité des ions lithium et entraîne une diminution de la capacité.
2. **Augmentation de la résistance interne :**
Il existe une corrélation évidente entre la résistance interne d'une batterie et sa température, avec une augmentation substantielle de cette résistance à basse température. Ceci s'explique par la diminution de la diffusion et de la mobilité des ions chargés dans les matériaux des électrodes positive et négative, ce qui entraîne une hausse de la résistance interne. La formation d'un film de passivation à l'interface électrode-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 fortement réduite. À -20 °C, elle n'atteint que 65 % de celle mesurée à 15 °C. Ceci est dû à des modifications des performances électrochimiques qui entraînent une dissipation importante d'énergie électrique sous forme de chaleur due à 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 de leurs performances, les batteries lithium-ion subissent diverses réactions secondaires à basse température, entraînant une diminution de leur capacité et une détérioration de leurs performances. Ces réactions se produisent principalement entre les ions lithium et l'électrolyte, formant des réactions irréversibles.
1. **Réaction à l'électrode négative :**
Le potentiel du matériau de l'électrode négative est bien inférieur à celui du matériau de l'électrode positive, ce qui entraîne des réactions irréversibles à l'électrode négative et la formation du film d'interface électrolyte solide (SEI), source de problèmes. Les fissures dans le film SEI créent un canal de contact direct entre l'électrolyte et l'électrode, provoquant des réactions internes continues et une dégradation des performances.
2. **Réaction à l'électrode positive :**
La diminution de l'activité du matériau de l'électrode positive entrave la diffusion et le mouvement des ions lithium à cet endroit. Les cycles de charge et de décharge continus provoquent une dilatation et une contraction de l'électrode, ce qui entraîne la rupture du film SEI et affecte les performances de la batterie.
**III. Recherche et développement de la technologie de préchauffage à basse température des 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 et la durée de vie à long terme des batteries.
1. **Méthodes de préchauffage :**
Les méthodes de préchauffage se divisent en deux catégories : le chauffage externe et le chauffage interne. Comparé au chauffage externe, le chauffage interne évite la conduction thermique sur de longues distances et la formation de points chauds localisés, assurant ainsi un chauffage plus uniforme de la batterie et améliorant de ce fait l’efficacité du chauffage.
2. **Méthode de préchauffage interne par courant alternatif (CA) :**
Les recherches portent sur la vitesse et l'efficacité du chauffage, avec la nécessité de prévenir les réactions secondaires telles que le dépôt de lithium pendant le préchauffage. Le système de gestion de la batterie (BMS) doit estimer et contrôler en temps réel les conditions de dépôt de lithium, ce qui requiert une technologie de chauffage de la batterie à basse température basée sur un modèle.
**Conclusion:**
Face au développement rapide des batteries lithium-ion, il est crucial de relever les défis posés par les environnements à basse température. Grâce à des recherches approfondies sur l'impact de ces environnements sur les performances des batteries et à une innovation continue dans le domaine du préchauffage, nous pouvons mieux appréhender les problèmes de performance des batteries lithium-ion à 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 : 2 janvier 2024
