Test de température haute et basse pour les piles au lithium

Test de température haute et basse pour les piles au lithium

L'énergie et l'environnement sont les deux questions fondamentales auxquelles est confronté le développement durable dans le monde d'aujourd'hui. Les véhicules électriques hybrides, en tant que moyen de transport écologique et efficace, sont de plus en plus promus dans le monde entier. Grâce à une technologie de préparation des batteries de plus en plus mature, la batterie au lithium-fer-phosphate, en tant qu'élément important du système d'entraînement des véhicules électriques hybrides, a un impact significatif sur la puissance, l'économie et la sécurité du véhicule. En raison de sa densité énergétique élevée, de sa longue durée de vie, de sa grande efficacité de charge et de décharge, de sa large plage de températures, de sa faible autodécharge, de sa faible résistance interne, de son absence d'effet mémoire, de sa charge rapide, de sa grande sécurité, de sa grande fiabilité, de son faible coût et de sa réutilisabilité, elle est reconnue comme la batterie la plus prometteuse pour les véhicules électriques.

Cependant, dans l'utilisation réelle de la batterie, le phosphate de fer lithié présente une impédance élevée, ce qui affecte directement la promotion et l'application de la batterie au phosphate de fer lithié. Afin de résoudre le problème de l'impédance élevée de la batterie et d'améliorer encore les performances de la batterie au phosphate de fer lithium, une batterie au phosphate de fer lithium a été préparée en remplaçant une partie du carbone conducteur par des nanotubes de carbone présentant une excellente conductivité. L'influence de la température sur la nano-pile au phosphate de fer et de lithium a été analysée et étudiée à partir de la capacité de la pile, de la plate-forme de tension et de la courbe de décharge à différentes températures ambiantes.

1 Test

1.1 Matériel d'essai et objets

Chambre d'essai DGBELL à haute et basse température, batterie d'alimentation au lithium-fer-phosphate (cellule unique 3,2V, 10Ah)

1.2 Étapes de l'expérience

(1) Régler la température ambiante interne de la chambre à haute et basse température à -40, -20, -100, 25, 40, 55 et 60 ℃, avec une humidité relative de 40 %.

(2) Élaborer des méthodes de charge et de décharge : La méthode de charge consiste à charger la batterie à un courant constant de 0,2C (2A) jusqu'à 3,65V à (20 ± 5) ℃, à passer à une charge à tension constante jusqu'à ce que le courant tombe à 200mA, et à arrêter la charge. La méthode de décharge consiste à laisser la batterie reposer pendant IH à différentes températures ambiantes, puis à la décharger à un courant constant de 1C jusqu'à ce que la tension tombe à la tension de coupure de 2V, et à calculer la capacité déchargée.

(3) Formuler le schéma expérimental : cette expérience prend 25 ℃ comme point de référence pour le test de température. Tout d'abord, le test de performance à basse température est effectué. De 25 ℃ à -40 ℃, 0, -10, 20 et -40 ℃ sont respectivement les points d'observation. La vitesse de changement de température est de 1 ℃/min. À chaque point d'essai de température, la batterie d'essai est placée pendant 24 heures, puis l'essai de performance de température à ce point de température est effectué ; Ensuite, effectuer l'essai de performance à haute température de la batterie. Afin d'éliminer l'impact des essais à basse température, il faut d'abord rétablir la température de la chambre d'essai à haute et basse température à 25 ℃, et utiliser les données mesurées à cette température comme point de référence pour les essais à haute température. Ensuite, effectuez des essais de performance de la batterie à haute température, de 25 ℃ à 60 ℃, et étudiez la capacité de décharge à 1C de différentes batteries lithium-ion.

(4) Lorsque les chambres à haute et basse température sont stabilisées aux conditions de température définies, placez la batterie lithium-ion simple avec une tension standard de 3,2V après avoir reposé pendant 1d dans la chambre d'essai pendant 1 h, afin qu'elle atteigne l'équilibre thermique.

(5) Lorsque la batterie se décharge jusqu'à la tension de coupure de 2,0 V, arrêter la décharge, analyser et traiter les données pertinentes.

2 Résultats et discussion

Les données montrent que la capacité de décharge de la nano-pile au lithium-fer-phosphate à basse température diminue progressivement avec la baisse de la température ambiante, car à basse température, la concentration de l'électrolyte de la pile devient plus importante et la vitesse à laquelle l'ion lithium se détache du matériau de l'électrode négative devient plus lente.

En outre, comme la résistance interne de la batterie devient plus grande, la courbe de capacité de décharge diminue, et la tension de coupure de décharge de la batterie lithium-ion est atteinte à l'avance, la capacité de décharge diminue, l'efficacité de décharge est réduite. À des températures supérieures à 0 ℃, la capacité de décharge peut fondamentalement maintenir plus de 93 % de la capacité normale, tandis qu'à des températures inférieures à 0 ℃, le taux de diminution de la capacité de décharge des batteries au lithium-ion augmente avec la diminution de la température.

Pour les nano-batteries au phosphate de fer lithié, la capacité est de 88 % à -10 ℃, 75,3 % à 20 ℃ et seulement 47,1 % à -40 ℃ ; à 25-10 ℃, le taux de décroissance de la capacité est d'environ 9,5 % ; à -10~-20 ℃, le taux de décroissance de la capacité est d'environ -12,8 %, mais le taux de décroissance de la capacité augmente fortement de -20 ℃ à -40 ℃, atteignant environ 28,2 %. Par conséquent, -20 ℃ peut être considéré comme un nœud de basse température pour les batteries au phosphate de fer lithié.

Lorsque la température est légèrement supérieure à la température ambiante (25 ℃), en raison de l'activité accrue des matériaux à l'intérieur de la batterie lithium-ion, le taux de diffusion des ions lithium augmente, ainsi que sa capacité de décharge. Dans la phase de haute température, le changement de capacité de la batterie n'est pas très important, et le changement de capacité maximum n'augmente que d'environ 3 % par rapport à la référence.

Après 55 ℃, la courbe de capacité reste pratiquement inchangée, et à 60 ℃, la capacité est au même niveau que le point de référence. Cependant, à haute température, les caractéristiques physiques du matériau d'électrode de la batterie au lithium subissent une atténuation irréversible et l'intensité de la réaction du matériau d'électrode s'affaiblit, de sorte que la capacité de décharge et l'efficacité de décharge diminuent. De ce point de vue, il est évident que l'utilisation à long terme de piles dans des environnements supérieurs à 50 ℃ doit être évitée dans la mesure du possible.

La température de fonctionnement idéale de la batterie lithium-ion doit être comprise entre 18 et 50 ℃ pour garantir une efficacité de décharge supérieure à 80 % et répondre aux besoins en énergie de l'ensemble du véhicule. Certaines références et certains manuels techniques indiquent que pour garantir la durée de vie de la batterie elle-même, la température de fonctionnement doit être comprise entre 20 et 50 ℃.

À - 20 ℃, la capacité de décharge des deux différentes piles au lithium est de 75,01 % de la capacité nominale, et les performances de la nano-pile au phosphate de fer lithié sont meilleures que celles de la pile au phosphate de fer lithié ; à - 40 ℃, les performances de décharge de la nano-pile au phosphate de fer lithié sont plus excellentes, et la capacité de décharge est de 47,1 % de la capacité nominale, alors que celle de la pile au phosphate de fer lithié n'est que de 37,5 %. Par conséquent, l'utilisation de nanotubes de carbone dotés d'une excellente conductivité pour remplacer une partie du carbone conducteur afin de fabriquer des plaques positives au phosphate de fer lithié a considérablement amélioré les performances de charge et de décharge de la batterie au phosphate de fer lithié.

3 Conclusion

Les performances en matière de température d'une batterie au phosphate de fer nano lithium et d'une batterie au phosphate de fer lithium à carbone conducteur ordinaire ont été étudiées. Les résultats expérimentaux montrent que la température ambiante a un impact important sur la capacité de la batterie au lithium-fer-phosphate.

La capacité diminue rapidement à basse température, et la capacité verte augmente rapidement à haute température, mais le taux de changement est plus faible qu'à basse température. En outre, des nanotubes de carbone dotés d'une excellente conductivité sont utilisés pour remplacer une partie du carbone conducteur afin de fabriquer des plaques positives au phosphate de fer lithié. Les performances de charge et de décharge de la batterie au phosphate de fer lithié sont considérablement améliorées.

La capacité de décharge de la nano-pile au phosphate de fer lithié à -40 ℃ représente 47,1 % de la capacité à 25 ℃, tandis que la capacité de décharge de la pile au phosphate de fer lithié ordinaire ne représente que 37,5 % de la capacité à 25 ℃. L'excellente performance électrochimique de la batterie est principalement attribuée à l'amélioration de la conductivité de l'ensemble de la batterie.

Afin de garantir la durée de vie de la batterie elle-même, la température de fonctionnement doit être contrôlée entre 20 et 50 ℃. Les caractéristiques de température de la batterie lithium fer phosphate sont clarifiées, ce qui est d'une grande importance pour la conception du système de gestion thermique de la batterie.