Caractéristiques de la batterie LiFePo4

Par rapport aux batteries secondaires aqueuses traditionnelles, telles que les batteries plomb-acide, nickel-hydrogène et nickel-cadmium, les batteries lithium-ion LiFePO4 présentent les avantages d'une longue durée de vie et d'une densité énergétique élevée, et les batteries ont également une sécurité élevée. Parmi les différents systèmes de batterie, les batteries LiFePO4 sont devenues le système de batterie le plus prometteur. Par conséquent, les batteries LiFePO4 ont été largement utilisées dans les alimentations électriques des véhicules électriques, le stockage d'énergie à grande échelle, les stations de base de communication et les vélos électriques. Cet article étudie et élabore principalement la durée de vie du cycle, les performances de charge-décharge à haut débit, la sécurité de l'acupuncture et la densité énergétique pondérale des batteries lithium-ion LiFePO4.

1. Cycle de performance de la batterie LiFePO4

En tant que l'un des composants clés des véhicules électriques, le coût des batteries a même représenté environ la moitié de celui des véhicules électriques. Par conséquent, la durée de vie de la batterie détermine directement le coût d'utilisation des véhicules électriques. En raison des propriétés chimiques stables des matériaux positifs et négatifs des batteries LiFePO4, la charge Le volume et le changement de contrainte pendant le processus de décharge sont très faibles, de sorte que sa durée de vie est très longue. La figure 1 montre qu'une batterie d'alimentation au lithium fer phosphate de 20 Ah est chargée à 3,65 V avec un courant de 1 C, puis convertie en une tension constante jusqu'à ce que le courant tombe à 0,02 C ; le courant de décharge est de 1C, la durée de vie sous la condition d'une tension de coupure de 2,0 V (profondeur de charge et de décharge 100%).

Fig.1 Cycle de performance de la batterie 20Ah LiFePO4

Comme on peut le voir sur la figure 1, la capacité restante de la batterie est toujours supérieure à 80 % de la capacité initiale après plus de 1600 cycles. Bien que le coût actuel des batteries LiFePO4 soit un peu plus élevé que celui des batteries plomb-acide, une durée de vie plus longue de la batterie réduira considérablement le coût d'utilisation et d'entretien des véhicules électriques.

2. Rendement de décharge à différents taux

Étant donné que les batteries LiFePO4 peuvent être déchargées à des vitesses différentes dans les applications pratiques, pour certains systèmes de batteries, lorsque le courant de décharge augmente, la capacité de décharge de la batterie chute rapidement. Par conséquent, afin de comprendre les performances de décharge des batteries au lithium fer phosphate à des taux élevés, déchargez la batterie lithium fer phosphate de 20 Ah à des courants de 0,5 C, 1 C et 3 C respectivement, et les résultats sont illustrés à la figure 2.

Fig.2 Décharge de la batterie 20 Ah LiFePO4 à différents taux

On peut voir sur la figure 2 que lorsque le courant de décharge est augmenté de 0,5 C à 3 C, la capacité de décharge de la batterie diminue légèrement, mais seulement moins de 5 %, ce qui indique que la batterie LiFePO4 fonctionne toujours bien à des taux élevés.Dans le même temps, le taux de décharge 3 C peut répondre aux exigences des véhicules électriques dans des conditions de décharge à haut débit, de sorte que les véhicules électriques aient de fortes capacités de montée et d'accélération.

3. Performances de charge Taux élevé

Les performances de charge rapide de la batterie peuvent inciter les véhicules électriques à utiliser des méthodes de charge d'urgence dans des situations inattendues, ce qui est plus pratique pour l'utilisation de véhicules électriques. La figure 3 montre les résultats du test d'une batterie d'une capacité réelle de 20 Ah qui est chargée avec un courant de 3 C et atteint 3,65 V, puis convertie en charge à tension constante.

Fig.3 Charge d'une batterie LiFePO4 20Ah à 3 C

On peut voir sur la figure 3 que dans la phase initiale de charge, la capacité de la batterie change linéairement avec le temps. Il peut atteindre 55 % de la capacité de la batterie en 15 minutes, 90 % en 25 minutes et plus de 95 % en 30 minutes. Cela montre que la batterie LiFePO4 peut être chargée à un taux plus élevé et que la batterie peut être complètement chargée en peu de temps.

4. La sécurité des batteries LiFePO4

Les propriétés chimiques du matériau de phosphate de fer au lithium sont très stables, en particulier la stabilité à haute température est très bonne, même à des températures très élevées, il ne peut pas être séparé pour libérer de l'oxygène, de sorte que les performances de sécurité de la batterie au lithium fer phosphate sont très bonnes, et il n'est pas sujet à des dangers tels que la combustion et l'explosion. Avec une conception structurelle raisonnable, sa sécurité a été encore améliorée, de sorte que la batterie ne brûlera pas ou n'explosera pas en cas d'impact, de piqûre d'aiguille, de court-circuit, etc. La figure 4 montre une batterie au lithium fer phosphate de 20 Ah après qu'elle soit complètement chargée, d'un diamètre de 8 mm Les clous en acier percent rapidement la batterie tout en enregistrant les changements de tension et de température de la batterie.

Fig.4 Tension et température de la batterie 20 Ah LiFePO4 après perçage

On peut voir sur la figure 4 qu'au stade initial du perçage du clou en acier, en raison du court-circuit interne, la tension de la batterie chute rapidement, une certaine quantité de chaleur est libérée et la température de la batterie augmente. Cependant, comme le vide interne de la batterie chute de manière significative après avoir été percé, la partie de contact de court-circuit se déforme et un mauvais contact se produit. À ce stade, plus aucune chaleur n'est libérée, la tension a donc tendance à se stabiliser et la température de la batterie n'augmente que légèrement.

5. Densité énergétique de la batterie LiFePO4

La densité d'énergie pondérale est un indicateur important des performances de la batterie.La figure 5 montre qu'une batterie LiFePO4 de 20 Ah est complètement chargée et déchargée à 2,0 V à un taux de 0,3 C. La courbe de décharge peut être intégrée pour obtenir l'énergie libérée par la batterie. Après le calcul intégral, la batterie LiFePO4 20Ah a libéré 70,7 Wh d'énergie, et le poids de la batterie est de 580 g, de sorte que la densité énergétique pondérale de la batterie LiFePO4 peut être calculée à 121,90 Wh/kg.

Fig.5  Énergie de décharge de la batterie 20Ah LiFePO4 à 0,3 C

6. Décharge de la batterie LiFePo4 à différentes températures

En raison des grandes différences régionales dans l'utilisation des véhicules électriques, il existe des conditions météorologiques de basse température en hiver à certains endroits, et la basse température aura inévitablement un certain impact sur les performances de la batterie. Par conséquent, afin de comprendre les performances de décharge à basse température de la batterie LiFePO4, le test sera une batterie LiFePO4 20Ah stockée à -20°C , -10°C, 0°C, 25°Cet 55°C pendant 20 h. Puis dans cet environnement à basse température à 0,3 C fois le débit de décharge (à température ambiante 0,3 C capacité de décharge de 100%). Les résultats sont présentés dans la figure 6.

Fig.6 Capacité de décharge de la batterie 20Ah LiFePO4 à différentes températures

On peut voir sur la figure 6 que la batterie lithium fer phosphate ne peut libérer qu'environ 55% de sa capacité à température ambiante à -20°C, elle peut donc avoir un effet néfaste sur les véhicules électriques pendant l'utilisation. Mais en fait, il est évident que la capacité de décharge d'une seule batterie diminue d'autant plus que la température diminue. Pour les véhicules électriques, des centaines de batteries sont généralement combinées ensemble, et une certaine quantité de chaleur sera libérée lorsque la batterie fonctionne et la température de la batterie doit augmenter. Par conséquent, pour les blocs-batteries dans les applications pratiques, le problème de la décharge à basse température n'est pas très grave. Pendant le test, en raison de la grande surface spécifique exposée d'une seule batterie, la température pendant tout le test est fondamentalement la même que celle de l'environnement, de sorte que la capacité de décharge est fortement affectée. À des températures plus élevées, les batteries LiFePO4 sont moins affectées. Par exemple, la capacité de décharge de la batterie à 55°C n'est que légèrement augmentée par rapport à celle à 25°C.

Les recherches ci-dessus montrent que les batteries au lithium fer phosphate ont une longue durée de vie, une sécurité élevée et une densité énergétique. Dans le même temps, étant donné que les batteries au lithium fer phosphate n'utilisent pas de plomb, de cadmium, de mercure, de chrome hexavalent et d'autres éléments de métaux lourds toxiques dans l'ensemble du processus de production, les matériaux d'emballage de la batterie ne contiennent pas de polybromobiphényles ni de polybromodiphényléthers, et La batterie au lithium fer phosphate est également plus respectueuse de l'environnement. Par conséquent, la batteries au lithium aura une application plus large dans le domaine des véhicules électriques et du stockage d'énergie chimique à grande échelle.

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