En tant que composant central de la nouvelle énergie, le processus de charge et de décharge de la batterie au lithium de puissance
En 2018, le domaine des véhicules à énergies nouvelles regorge de poudre à canon et la longue durée de vie des batteries est devenue une tâche ardue pour divers constructeurs automobiles pour concourir sur le marché intérieur. Les grands constructeurs automobiles attirent de plus en plus de-consommateurs haut de gamme avec de nouveaux modèles dotés d'une autonomie de batterie ultra-longue. Fin février, le Denza 500 a été officiellement dévoilé ; fin mars, Geely a officiellement lancé le nouveau modèle Emgrand EV450 ; début avril, BYD a lancé trois nouveaux modèles, Qin EV450, e5450 et Song EV400, avec une autonomie de plus de 400 kilomètres.
Cependant, d'un point de vue technique, la batterie d'alimentation est le cœur et la clé pour déterminer l'autonomie ultra-longue de la batterie des véhicules électriques. En prenant les deux méthodes de charge de charge lente CA et de charge rapide CC comme exemple, la méthode d'utilisation correcte et appropriée peut non seulement maximiser la puissance de la batterie d'alimentation, mais également prolonger la durée de vie de la batterie. Du point de vue de la vulgarisation des connaissances, sur la base du niveau actuel de technologie de densité d'énergie des batteries de puissance, il est nécessaire de permettre aux consommateurs de comprendre le processus de charge et de décharge des batteries de puissance et l'influence de divers matériaux de batterie sur la capacité de charge et de décharge, afin de cultiver de bonnes habitudes d'utilisation et de prolonger la puissance La durée de vie de la batterie assure la longue-autonomie de la batterie du véhicule électrique.
Les électrons de charge et de décharge s'échappent
À l'heure actuelle, il existe deux types populaires de batteries de puissance utilisées par les principales entreprises de véhicules électriques, l'une est la batterie au lithium fer phosphate et l'autre est la batterie au lithium ternaire. Cependant, quel que soit le type de batterie, le processus de charge peut être grossièrement divisé en quatre étapes, à savoir l'étape de charge à courant constant, l'étape de charge à tension constante, l'étape de charge complète et l'étape de charge flottante.
Dans l'étape de charge à courant constant, le courant de charge est maintenu constant, la capacité de charge augmente rapidement et la tension de la batterie augmente également. Dans l'étape de charge à tension constante, comme son nom l'indique, la tension de charge restera constante. Bien que la capacité chargée continue d'augmenter, la tension de la batterie augmentera lentement et le courant de charge diminuera également. Lorsque la batterie est complètement chargée, le courant de charge tombe en dessous du courant de commutation flottant et la tension de charge du chargeur chute à la tension flottante. Pendant la phase de charge flottante, la tension de charge restera à la tension flottante.
The charging and discharging process of lithium ion batteries is the process of intercalation and deintercalation of lithium ions. In the process of intercalation and deintercalation of lithium ions, it is accompanied by the intercalation and deintercalation of electrons equivalent to lithium ions (usually the positive electrode is represented by intercalation or deintercalation, and the negative electrode is represented by intercalation or deintercalation). During the entire charging process, the electrons on the positive electrode will run to the negative electrode through the external circuit, and the positive lithium ions Li plus will pass from the positive electrode through the electrolyte, through the diaphragm material, and finally reach the negative electrode, where they stay and combine with the "resident" electrons Together, it is reduced to Li embedded in the carbon material of the negative electrode. The data shows that the carbon as the negative electrode has a layered structure, and it has many micropores. The lithium ions reaching the negative electrode are embedded in the micropores of the carbon layer. The more lithium ions are embedded, the higher the charging capacity.
On the contrary, when the battery is discharged (that is, the process of using the battery), the Li embedded in the negative electrode carbon material loses electrons, the electrons on the negative electrode "moves" to the positive electrode through the external circuit, and the positive lithium ion Li plus crosses the electrolyte from the negative electrode, It crosses the separator material, reaches the positive electrode, and combines with the "resident" electron electrons. Likewise, the more lithium ions returned to the positive electrode, the higher the capacity of the discharge.
Quatre matériaux pour assurer l'efficacité
Quel rôle les différents matériaux clés (tels que les matériaux d'électrode positive, les matériaux d'électrode négative, les diaphragmes, les électrolytes, etc.) jouent-ils dans le processus de charge et de décharge des batteries de puissance ?
Le premier est le matériau de l'électrode positive. En ce qui concerne le matériau d'électrode positive, le matériau actif est généralement du manganate de lithium ou du cobaltate de lithium, du manganate de lithium nickel cobalt et d'autres matériaux. Les produits grand public utilisent principalement du phosphate de fer au lithium.
Le second est le matériau de l'électrode négative. Le matériau de l'électrode négative est grossièrement divisé en électrode négative en carbone, électrode négative à base d'étain-, électrode négative en nitrure de métal de transition au lithium, électrode négative en alliage, électrode négative à l'échelle nano- et nano- matériaux. Parmi eux, les matériaux d'électrode négative réellement utilisés dans les batteries lithium-ion sont essentiellement des matériaux de carbone, tels que le graphite artificiel, le graphite naturel, les microsphères de carbone mésophase, le coke de pétrole, la fibre de carbone, le carbone de résine de pyrolyse, etc. les matériaux nano-oxydes sont concernés, il est rapporté que selon la dernière tendance de développement du marché de l'industrie des nouvelles énergies des batteries au lithium en 2009, certaines entreprises ont commencé à utiliser des nano-oxydes de titane et des nano{{7 }} oxyde de silicium pour ajouter du graphite traditionnel, de l'oxyde d'étain et des nanotubes de carbone. , améliorant considérablement la capacité de charge-décharge et le nombre de temps de charge-décharge des batteries au lithium.
Le troisième est une solution d'électrolyte, généralement un sel de lithium, tel que le perchlorate de lithium (LiClO4), l'hexafluorophosphate de lithium (LiPF6), le tétrafluoroborate de lithium (LiBF4), etc. Étant donné que la tension de fonctionnement de la batterie est bien supérieure à la tension de décomposition de l'eau, des solvants organiques sont souvent utilisés dans les batteries lithium-ion. Cependant, les solvants organiques détruisent souvent la structure du graphite pendant la charge, l'amenant à se décoller et à former un film d'électrolyte solide à sa surface, entraînant une passivation de l'électrode. . Cela peut également entraîner des problèmes de sécurité tels que l'inflammabilité et l'explosion.
Le quatrième est le séparateur. En tant que l'un des composants clés de la batterie, les avantages des performances du séparateur déterminent la structure de l'interface et la résistance interne de la batterie, ce qui affecte à son tour la capacité de la batterie, les performances du cycle, la densité de courant de charge et de décharge et d'autres caractéristiques clés. De manière générale, il existe plusieurs types de séparateurs couramment utilisés, tels que les séparateurs à une-couche et à plusieurs-couches. Il est entendu que certaines entreprises nationales choisiront des diaphragmes légèrement plus épais, et certaines entreprises utilisent des diaphragmes d'une épaisseur de 31 couches. En raison du seuil technique élevé de production de diaphragmes, il existe encore un certain écart entre la technologie domestique de diaphragme de batterie lithium-ion et les pays étrangers.
Selon les données, le diaphragme est un film polymère spécialement formé avec une structure microporeuse. Après avoir absorbé l'électrolyte, il peut isoler les électrodes positives et négatives pour éviter les courts-circuits. En même temps, il fournit un canal microporeux pour la batterie lithium-ion afin de réaliser la fonction de charge et de décharge et les performances de taux, et de réaliser la conduction des ions lithium. Lorsque la batterie est surchargée ou que la température change considérablement, le séparateur bloque la conduction du courant à travers les pores fermés pour éviter une explosion.
