Avec le développement rapide des véhicules électriques dans le monde, la taille du marché des véhicules électriques a atteint 1 000 milliards de dollars en 2020 et continuera de croître à un rythme de plus de 20 % par an à l'avenir. Par conséquent, les véhicules électriques étant un mode de transport majeur, les exigences de performance des batteries de puissance seront de plus en plus élevées et l'impact de la dégradation des batteries sur les performances des batteries de puissance dans des environnements à basse température ne doit pas être ignoré. Les principales raisons de la dégradation de la batterie dans les environnements à basse température sont les suivantes : premièrement, la basse température affecte la faible résistance interne de la batterie, la zone de diffusion thermique est grande et la résistance interne de la batterie augmente. Deuxièmement, la batterie à l'intérieur et à l'extérieur de la capacité de transfert de charge est faible, la déformation de la batterie se produira lorsque la polarisation locale irréversible. Troisièmement, la basse température du mouvement moléculaire de l'électrolyte est lente et difficile à diffuser dans le temps lorsque la température augmente. Par conséquent, la dégradation de la batterie à basse température est grave, entraînant une grave dégradation des performances de la batterie.
1. L'état de la technologie des batteries basse température
Les exigences de performances techniques et matérielles des batteries lithium-ion préparées à basse température sont élevées. La grave dégradation des performances de la batterie lithium-ion dans un environnement à basse température est due à l'augmentation de la résistance interne, ce qui entraîne des difficultés de diffusion de l'électrolyte et une durée de vie raccourcie du cycle cellulaire. Par conséquent, la recherche sur la technologie des batteries électriques à basse température a progressé ces dernières années. Les batteries lithium-ion traditionnelles à haute température ont de mauvaises performances à haute température et leurs performances sont toujours instables dans des conditions de basse température ; grand volume de cellules à basse température, faible capacité et mauvaises performances de cycle à basse température ; la polarisation est nettement plus forte à basse température qu'à haute température ; une viscosité accrue de l'électrolyte à basse température entraîne une réduction du nombre de cycles de charge/décharge ; sécurité réduite des cellules et durée de vie réduite de la batterie à basse température ; et des performances réduites en utilisation à basse température. De plus, la courte durée de vie de la batterie à basse température et les risques pour la sécurité des cellules à basse température ont mis en avant de nouvelles exigences en matière de sécurité des batteries de puissance. Par conséquent, le développement de matériaux de batterie stables, sûrs, fiables et à longue durée de vie pour les environnements à basse température est au centre de la recherche sur les batteries lithium-ion à basse température. À l'heure actuelle, il existe plusieurs matériaux pour batteries lithium-ion à basse température : (1) matériaux d'anode au lithium métal : le lithium métal est largement utilisé dans les véhicules électriques en raison de sa stabilité chimique élevée, de sa conductivité électrique élevée et de ses performances de charge et de décharge à basse température ; (2) les matériaux d'anode en carbone sont largement utilisés dans les véhicules électriques en raison de leur bonne résistance à la chaleur, de leurs performances en cycle à basse température, de leur faible conductivité électrique et de leur durée de vie à basse température ; (3) les matériaux d'anode en carbone sont largement utilisés dans les véhicules électriques en raison de leur bonne résistance à la chaleur, de leurs performances en cycle à basse température, de leur faible conductivité électrique et de leur durée de vie en cycle à basse température. dans; (3) les électrolytes organiques ont de bonnes performances à basse température ; (4) électrolytes polymères : les chaînes moléculaires polymères sont relativement courtes et ont une affinité élevée ; (5) matériaux inorganiques : les polymères inorganiques ont de bons paramètres de performance (conductivité) et une bonne compatibilité entre les activités électrolytiques ; (6) les oxydes métalliques sont moindres ; (7) matériaux inorganiques : polymères inorganiques, etc.
2. L'effet de l'environnement à basse température sur la batterie au lithium
La durée de vie des batteries au lithium dépend principalement du processus de décharge, tandis que la basse température est un facteur qui a un impact plus important sur la durée de vie des produits au lithium. Habituellement, dans un environnement à basse température, la surface de la batterie subit un changement de phase provoquant des dommages à la structure de surface, accompagnés d'une réduction de la capacité et de la capacité des cellules. Dans des conditions de température élevée, du gaz est généré dans la cellule, ce qui accélère la diffusion thermique ; à basse température, le gaz ne peut pas être déchargé à temps, accélérant le changement de phase du liquide de la batterie ; plus la température est basse, plus de gaz est généré et plus le changement de phase du liquide de la batterie est lent. Par conséquent, le changement de matériau interne de la batterie est plus drastique et complexe à basse température, et il est plus facile de générer des gaz et des solides à l’intérieur du matériau de la batterie ; dans le même temps, la basse température entraînera une série de réactions destructrices telles qu'une rupture irréversible des liaisons chimiques à l'interface entre le matériau cathodique et l'électrolyte ; cela entraînera également une réduction de l’auto-assemblage et de la durée de vie des électrolytes ; la capacité de transfert de charge des ions lithium vers l’électrolyte sera réduite ; le processus de charge et de décharge provoquera une série de réactions en chaîne telles qu'un phénomène de polarisation lors du transfert de charge au lithium-ion, une diminution de la capacité de la batterie et une libération des contraintes internes, qui affectent la durée de vie et la densité énergétique des batteries lithium-ion et d'autres fonctions. Plus la température à basse température est basse, plus les différentes réactions destructrices telles que la réaction redox sur la surface de la batterie, la diffusion thermique, le changement de phase à l'intérieur de la cellule et même la destruction complète seront intenses et complexes qui déclencheront à leur tour une série de réactions en chaîne telles que l'électrolyte. auto-assemblage, plus la vitesse de réaction est lente, plus la dégradation de la capacité de la batterie est grave et plus la capacité de migration de la charge du lithium-ion à haute température est faible.
3、 Faible température sur les progrès des perspectives de recherche sur la technologie des batteries au lithium
Dans un environnement à basse température, la sécurité, la durée de vie et la stabilité de la température des cellules de la batterie seront affectées, et l'impact des basses températures sur la durée de vie des batteries au lithium ne peut être ignoré. À l'heure actuelle, la recherche et le développement de la technologie des batteries électriques à basse température utilisant des matériaux de diaphragme, d'électrolyte, d'électrode positive et négative et d'autres méthodes ont fait des progrès. À l'avenir, le développement de la technologie des batteries au lithium à basse température devrait être amélioré sous les aspects suivants : (1) le développement d'un système de matériaux de batterie au lithium à haute densité énergétique, longue durée de vie, faible atténuation, petite taille et faible coût à basse température ; (2) amélioration continue du contrôle de la résistance interne de la batterie grâce à la conception structurelle et à la technologie de préparation des matériaux ; (3) lors du développement d'un système de batterie au lithium de grande capacité et à faible coût, il convient de prêter attention aux additifs électrolytiques, à l'interface lithium-ion et anode-cathode, au matériau actif interne et à d'autres facteurs clés d'influence ; (4) améliorer les performances du cycle de la batterie (énergie spécifique de charge et de décharge), la stabilité thermique de la batterie dans un environnement à basse température, la sécurité des batteries au lithium dans un environnement à basse température et d'autres orientations de développement de la technologie des batteries ; (5) développer des solutions de systèmes de batteries électriques à hautes performances de sécurité, à coût élevé et à faible coût dans des conditions de basse température ; (6) développer des produits liés aux batteries à basse température et promouvoir leur application ; (7) développer des matériaux de batterie et une technologie de dispositif haute performance résistant aux basses températures.
Bien entendu, en plus des orientations de recherche ci-dessus, il existe également de nombreuses orientations de recherche visant à améliorer davantage les performances des batteries dans des conditions de basse température, à améliorer la densité énergétique des batteries à basse température, à réduire la dégradation des batteries dans des environnements à basse température, à prolonger la durée de vie des batteries et d'autres recherches. progrès; mais le problème le plus important est de savoir comment atteindre des performances élevées, une sécurité élevée, un faible coût, une autonomie élevée, une longue durée de vie et une commercialisation à faible coût des batteries dans des conditions de basse température. La recherche actuelle doit se concentrer sur la résolution du problème.
Heure de publication : 22 novembre 2022