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Test de température de la batterie lithium-ion

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Test de température de la batterie lithium-ion

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Le stockage des batteries lithium-ion est très courant dans la pratique, et elles peuvent être stockées pendant une longue période au cours du cycle de production et de vente de la batterie. Dans la pratique, elles peuvent également être stockées pendant une longue période. Pendant le processus de stockage des batteries lithium-ion, en particulier dans les environnements à haute température, le système de batterie est dans un état thermodynamique instable à pleine charge, et subit continuellement une transition vers un état d'équilibre. Lorsque les changements s'accumulent jusqu'à un certain point, ils entraînent non seulement des modifications de la tension et de la résistance interne des batteries lithium-ion, mais affectent également les performances et les caractéristiques de sécurité. Il est donc particulièrement important d'étudier les performances de stockage des batteries lithium-ion dans un certain environnement. Cet article étudie la dégradation des performances des batteries lithium-ion en cas de charge complète et de stockage à différentes températures, y compris les changements de tension, de résistance, de taux de rétention de la capacité, d'impédance et d'agrandissement après le stockage.

1 Test

1) Objet expérimental

batterie cylindrique 18650

2) Test de charge et de décharge

Avant le stockage de la batterie, tester les performances de charge et de décharge. Après avoir reposé à 45 ℃ pendant 24 heures, utilisez un testeur pour tester les performances de la batterie à température ambiante. Tout d'abord, chargez la batterie à un courant constant de 0,1C jusqu'à 4,1V, puis chargez-la à une tension constante de 4,1V jusqu'à ce que le courant tombe à 0,01C, laissez-la reposer pendant 10 minutes, puis déchargez-la à un courant constant de 0,1C jusqu'à 2,7V. Après deux cycles, chargez la batterie à un courant constant de 0,1C à 4,1V, de manière à ce qu'elle soit complètement chargée.

3) Test de stockage

L'expérience de stockage des batteries consiste à stocker des batteries lithium-ion entièrement chargées dans des chambres à température constante de 25 ℃, 45 ℃, 55 ℃ et 65 ℃, respectivement. L'expérience de stockage sera réalisée après un certain intervalle de temps, et l'analyse des performances électrochimiques et les tests relatifs à la tension, à la résistance interne, etc. seront réalisés à température ambiante.

2 Résultats des tests

1) Changement de capacité de la batterie

Les taux de rétention de la capacité après 241 jours de stockage à 25 ℃, 45 ℃ et 55 ℃ étaient respectivement de 91,47%, 80,19% et 73,21%, alors qu'il n'en restait que 70,34% après 150 jours de stockage à 65 ℃. On peut observer que la tension en circuit ouvert des batteries lithium-ion stockées à 65 ℃ diminue significativement plus vite que les batteries stockées à des températures plus basses. Cela s'explique par le fait que la batterie subit une transition d'un état thermodynamique instable à un état d'équilibre pendant le stockage, ce qui entraîne des changements dans la structure du matériau de l'électrode positive et des réactions d'autodécharge telles que la perte de lithium actif dans le carbone du graphite. À mesure que la température de stockage augmente, les réactions qui se produisent à l'intérieur de la batterie lithium-ion deviennent plus intenses.

En même temps, la vitesse de réaction de décomposition des composants de l'électrolyte augmente à haute température, ce qui entraîne le dépôt rapide d'impuretés et de produits de réaction secondaires sur les plaques des électrodes positives et négatives. Cela entraîne également une diminution plus rapide de la tension de la batterie à des températures élevées. Les résultats indiquent que la température des batteries lithium-ion pendant le stockage affecte directement la vitesse des réactions chimiques à l'intérieur de la batterie, ce qui a une incidence sur les performances de stockage de la batterie. Plus la température est élevée, plus la dégradation des performances est importante.

2) Modification de la résistance interne de la batterie

La résistance interne des batteries lithium-ion désigne la résistance que les batteries lithium-ion rencontrent lorsque leur courant passe à travers divers composants à l'intérieur de la batterie pendant le fonctionnement. C'est la somme de la résistance entre les extrémités positive et négative, y compris la résistance des substances actives positives et négatives, de l'électrolyte, du diaphragme et des composants externes du collecteur de courant. Lors de la décharge d'une batterie lithium-ion, si la résistance interne est faible, la chute de tension générée pendant la décharge sera également plus faible, ce qui réduira la perte de capacité et augmentera l'énergie libérée. Par conséquent, la variation de la résistance interne des batteries lithium-ion est également un facteur important auquel il faut prêter attention pendant le processus de stockage.

Les données montrent que la température de stockage a un impact significatif sur les variations de la résistance interne des batteries lithium-ion. La résistance interne des batteries lithium-ion continuera à augmenter pendant le stockage, et plus la température est élevée, plus l'augmentation est importante. Après un stockage à 25 ℃ pendant 241 jours, la résistance interne des batteries au lithium-ion n'a augmenté que de 4,2m Ω (17,95 %). À 45 ℃, la résistance interne des batteries a augmenté de 8,6 m Ω (37,07 %) après 241 jours. Lorsque la température de stockage atteint 55 ℃ ou 65 ℃, la résistance interne des batteries lithium-ion subit un changement brutal, augmentant respectivement de 13,5 m (56,25 %) et 16,9 mΩ (70,42 %) après 150 jours de stockage, avec une augmentation d'environ 3,7 et 4,6 fois celle d'un stockage à 25 ℃ pendant la même durée.

3) Performances de la batterie

Les capacités de décharge des batteries lithium-ion à un grossissement de 0,2C, 1C et 2C avant stockage sont respectivement de 1742mAh, 1612mAh et 1357mAh. Après 30 jours de stockage à 65 ℃, les capacités de décharge sont respectivement de 1594mAh, 1354mAh et 1065mAh. On peut constater qu'après un stockage à 65 ℃, la capacité de décharge de la batterie à chaque taux a considérablement diminué.

La capacité de décharge à un taux de 2C avant le stockage est de 77,90 % du taux de 0,2C, tandis que la capacité de décharge à un taux de 2C après le stockage est de 66,81 % du taux de 0,2C. En outre, on peut constater qu'après 30 jours de stockage à 65 ℃, le plateau de décharge de chaque taux de la batterie a diminué. Cela est dû à l'augmentation de la polarisation causée par des réactions internes dans la batterie pendant le stockage, qui réduit le taux de diffusion des ions lithium dans les matériaux d'électrodes positives et négatives et l'électrolyte après le stockage, ce qui entraîne une mauvaise performance de taux de la batterie après le stockage.

3 Conclusion

1) La température des batteries lithium-ion pendant le stockage affecte directement la vitesse des réactions chimiques à l'intérieur de la batterie, qui à son tour affecte la performance de stockage de la batterie. Plus la température est élevée, plus la dégradation des performances est importante. Après un stockage à 25 ℃, 45 ℃ et 55 ℃ pendant 241 jours, les taux de rétention de la capacité étaient respectivement de 91,47 %, 80,19 % et 73,21 %, tandis qu'après un stockage à 65 ℃ pendant 150 jours, il n'en restait que 70,34 %. La résistance interne augmente au cours du stockage. Lorsque la température atteint 55 ℃ ou 65 ℃, elle augmente de 13,5mΩ(56,25%) et 16,9mΩ(70,42%) après 150 jours de stockage, respectivement, avec une augmentation d'environ 3,7 et 4,6 fois celle du stockage à 25 ℃ pendant la même durée.

2) Les réactions internes de la batterie pendant le stockage provoqueront une polarisation, et ces réactions réduisent le taux de diffusion des ions lithium dans les matériaux d'électrodes positives et négatives et l'électrolyte après le stockage, ce qui entraîne une mauvaise performance de taux de la batterie après le stockage. La capacité de décharge à un grossissement de 2C avant le stockage est de 77,90 % de 0,2C, et après 30 jours de stockage à 65 ℃, la capacité de décharge à un grossissement de 2C est de 66,81 % de 0,2C.