Qu’est-ce qui limite la vitesse de charge des batteries lithium-ion ? – Taipu Technology

Qu’est-ce qui limite la vitesse de charge des batteries lithium-ion ? En fin de compte, il s’agit toujours de matériaux et de technologie. Le processus de charge complète d’une batterie lithium-ion consiste à ce que les ions lithium se déplacent entre les électrodes positive et négative et réalisent la fonction de charge et de décharge de la batterie au lithium en transportant et en libérant des électrons. Cela nécessite ...

Qu’est-ce qui limite la vitesse de charge des batteries lithium-ion ?

Suivez-moi sur :

Qu’est-ce qui limite la vitesse de charge des batteries lithium-ion ?
En fin de compte, il s’agit toujours de matériaux et de technologie. Le processus de charge complète d’une batterie lithium-ion consiste à ce que les ions lithium se déplacent entre les électrodes positive et négative et réalisent la fonction de charge et de décharge de la batterie au lithium en transportant et en libérant des électrons. Cela nécessite un certain temps de réaction. Une charge trop rapide provoquera une réaction anormale de la batterie au lithium qui produira une cristallisation, et si la vitesse de charge dépasse la tolérance de la batterie pendant la charge, cela augmentera la résistance interne de la batterie au lithium, de sorte que la batterie sera dangereusement surchauffée.

Dans l’industrie des batteries, le taux de charge-décharge est généralement utilisé pour décrire la relation entre la vitesse de charge et le courant. Le taux lorsque la batterie est complètement chargée en 1 heure est appelé 1C, et le taux lorsqu’il ne prend que 30 minutes est appelé 2C, et ainsi de suite, plus de 1C peut être appelé charge rapide. De nos jours, le taux de charge des batteries lithium-ion peut généralement atteindre 1C-3C, et certaines peuvent même atteindre 5C. Cependant, comparé au taux de décharge de 10C, c’est encore bien pire.

En plus du goulot d’étranglement du taux de charge maximal, le taux de charge que la batterie peut supporter sous différents SOC (State of Charge) est également différent. Généralement, le taux de charge suivra la loi du lent-fast-slow, lorsque le SOC atteint plus de 90%, la résistance interne de la batterie augmentera considérablement, ce qui ralentira le taux de charge.

Donc, si vous êtes un utilisateur de véhicule électrique et que vous souhaitez gagner le plus de temps possible sur la recharge, essayez de ne pas utiliser la puissance en dessous de 10%, et il n’est pas nécessaire qu’il soit complètement chargé lors de la charge, 90% ou plus ou suffisamment de puissance pour couvrir des kilomètres de votre prochain voyage.

En plus du goulot d’étranglement de la batterie elle-même, les chargeurs périphériques ont également leurs propres limites.

En théorie, la vitesse de charge peut être augmentée en augmentant le courant. Cependant, si le courant est trop important, la vitesse de diffusion des ions lithium à l’intérieur de la batterie ne peut pas suivre la vitesse de diffusion des électrons, ce qui entraînera une désynchronisation du fonctionnement électron-ion, ce qui affectera les performances de la batterie, et la capacité de charge réalisable sera réduite en conséquence, il existe même un risque d’incendie et d’explosion. Par conséquent, dans le cas où vous n’êtes pas pressé, nous vous recommandons d’utiliser une charge lente, ce qui est bénéfique pour prolonger la durée de vie de la batterie, et les batteries au lithium sont également plus sûres. Pendant la charge, le taux de diffusion des ions lithium à l’intérieur d’une batterie au lithium est étroitement lié à la température, au matériau de la cathode et à la structure.

Tout d’abord, plus la température est élevée, plus la vitesse de diffusion est rapide. Cependant, si la température est trop élevée, cela entraînera également des problèmes tels que la réduction de la durée de vie de la batterie et la sécurité de charge. Si la température est trop basse, le lithium métallique de la batterie se déposera, ce qui provoquera le court-circuit interne de la batterie, en particulier de la batterie LiFePO4. Généralement, la capacité de la batterie Comon LiFePO4 n’est que d’environ 60-70% à 0 °C, et seulement 20-40% à -20 °C. Par conséquent, dans le froid de l’hiver nordique, les véhicules électriques doivent avoir pour fonction de chauffer le module de batterie, et la consommation d’énergie est évidemment plus rapide.

Le second est le matériel. La diffusivité des différents matériaux est très différente. LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, NCM, NCA, etc. sont tous des matériaux de cathode avec de bonnes performances.

Principe de fonctionnement de base et structure de la batterie lithium-ion
Principe de base : L’électrode positive subit une réaction de réduction pour gagner des électrons ; L’électrode négative subit une réaction d’oxydation et perd des électrons. Les électrons traversent la charge et circulent de l’électrode négative à l’électrode positive, formant un courant dans la direction de l’électrode positive à l’électrode négative.

1 (+1) valence lithium-ion <—— (1-x) (+1/(1-x)) valente lithium-ion + x (+1) valente lithium-ion + x électrons.
En supposant x=0,5, nous obtenons :
1 (+1) valence lithium ion <——0,5 (+2) valence lithium ion + 0,5 (+1) valence lithium ion + 0,5 électrons.
Multipliez les deux côtés par 2 pour obtenir :
2 (+1) ions lithium valent <——1 (+2) ion lithium valent + 1 (+1) ion lithium valent + 1 électron.
Simplifié pour obtenir :
1 (+1) valence lithium-ion <——1 (+2) valence lithium-ion + 1 électron.
Cette formule décrit en fait la réaction globale, et non les réactions individuelles.

Les atomes de lithium de l’électrode négative perdent des électrons et sont oxydés en ions lithium de valence (+1). Les électrons circulent de l’électrode négative dans le circuit de charge, et les ions lithium s’écoulent vers l’électrode positive à travers l’électrolyte ;
Le noyau de l’électrode positive est un ion-lithium de valence (+1/(1-x)) et le noyau de l’électrode négative est un atome de lithium, les deux réagissent pour générer un atome de lithium de valence (+1), et le flux d’électrons dans la réaction redox forme un courant électrique.

Lors du processus de fabrication de batteries au lithium, des substances sont toujours nécessaires pour transporter les ions lithium de l’électrode positive et les atomes de lithium de l’électrode négative, tout comme les marchandises ont toujours besoin d’étagères, alors l’étagère des ions lithium est constituée d’ions phosphate, qui, avec les ions lithium, forment l’électrode positive. Les atomes de lithium de l’électrode négative sont composés de matériaux tels que le graphite poreux, qui ne feront pas diminuer ou même disparaître l’électrode négative après la réaction. Entre l’électrode positive et l’électrode négative se trouve un électrolyte et un séparateur, qui sont utilisés non seulement pour le flux d’ions lithium, mais également pour isoler les électrodes positives et négatives afin d’éviter les courts-circuits internes.

Caractéristiques de la batterie lithium-ion
La caractéristique des batteries lithium-ion qui préoccupe le plus les utilisateurs est la capacité, telle que 2000 mAh, qui fait référence au nombre de charges que la batterie lithium-ion peut libérer dans des conditions de fonctionnement normales.
Regardons la fiche technique d’une batterie lithium-ion. Les paramètres les plus importants de cette batterie sont :
Capacité : 2000 mAh
Tension de coupure de charge : 4,2 V
Tension de coupure de décharge : 2,5 V
Courant de charge maximal : 4000 mA
Courant de décharge maximum : 20000 mA
En bref, tout est question de capacité de la batterie, de charge et de décharge. La capacité de la batterie dépend du nombre d’électrons que l’électrode négative peut libérer et du nombre d’électrons que l’électrode positive peut recevoir.

Pourquoi y a-t-il une tension de coupure de charge ?
En d’autres termes, quelles sont les conséquences de la charge en surtension ? L’électrode négative est composée d’atomes de graphite et de lithium. En fait, le lithium n’existe pas sous forme d’atomes, mais coexiste avec le graphite sous forme d’ions lithium. Après une charge en surtension, les ions lithium seront précipités dans le lithium cristallin, et le lithium cristallin ne peut pas participer à la charge et à la décharge, ce qui réduira la capacité de la batterie.

Pourquoi y a-t-il une tension de coupure de décharge ?
En d’autres termes, quelles sont les conséquences d’une décharge de surtension ? Après une décharge excessive, une grande quantité d’ions lithium dans l’électrode négative s’écoule vers l’électrode positive, ce qui entraîne un vide du graphite et l’effondrement de certaines zones. La zone repliée ne peut plus stocker d’ions lithium, ce qui réduira également la capacité de la batterie.

Bienvenue pour discuter de la fabrication de batteries au lithium avec nous, notre e-mail est sales08@sztaipu.com.

Termes de recherche chauds