Structure et température extrême Introduction des batteries lithium-ion

Les batteries au lithium-ion sont un type de batterie rechargeable couramment utilisée dans les appareils électroniques portables et les véhicules électriques et sont de plus en plus populaires dans les applications militaires et aérospatiales.

Dans la batterie, les ions lithium passent de l'électrode négative à travers l'électrolyte à l'électrode positive pendant la décharge, et reviennent pendant la charge. Les batteries au lithium-ion utilisent des composés de lithium noyés comme matériau d'électrode positive, le graphite étant généralement utilisé comme matériau d'électrode négative. La batterie a une densité d'énergie élevée, aucun effet de mémoire (sauf pour les batteries LFP) et une faible auto-décharge.

Différents types de batteries lithium-ion ont des caractéristiques chimiques, de performance, de coût et de sécurité différentes

Les produits électroniques portables utilisent principalement des batteries au lithium polymère (avec un gel polymère comme électrolyte), un matériau de cathode LiCoO2 et une anode en graphite, offrant une densité d'énergie élevée. Le phosphate de fer au lithium, l'oxyde de lithium-manganèse et l'oxyde de cobalt au lithium-nickel-manganèse peuvent offrir une durée de vie plus longue et une meilleure capacité de débit. De telles batteries sont largement utilisées dans les outils électriques, les dispositifs médicaux et d'autres rôles. Cliquez ici pourFabricants de batteries lithium-ion personnalisées.

La recherche sur les batteries lithium-ion comprend l'allongement de la durée de vie, l'augmentation de la densité d'énergie, l'amélioration de la sécurité, la réduction des coûts et l'augmentation de la vitesse de charge. Des recherches dans le domaine des électrolytes non inflammables sont en cours sur la base de l'inflammabilité et de la volatilité des solvants organiques généralement utilisés dans les électrolytes comme moyen d'améliorer la sécurité. Les stratégies comprennent des batteries aqueuses au lithium-ion, des électrolytes solides en céramique, des électrolytes polymères, des liquides ioniques et des systèmes perfluorés.

Structure des batteries lithium-ion

Les trois principaux composants fonctionnels d'une batterie lithium-ion sont l'électrode positive, l'électrode négative et l'électrolyte. Typiquement, l'électrode négative d'une batterie lithium-ion classique est en carbone. L'électrode positive est typiquement un oxyde métallique. L'électrolyte est un sel de lithium dans un solvant organique. L'action électrochimique de l'électrode est inversée entre l'anode et la cathode en fonction de la direction du flux de courant à travers la batterie.

L'anode commerciale la plus couramment utilisée (électrode négative) est le graphite, qui a une capacité de xxx mAh/g dans son état LiC6 entièrement lithié. L'électrode positive est généralement l'un des trois matériaux suivants: l'oxyde en couches (comme le LiCoO2), le polyanion (comme le phosphate de lithium-fer) ou le spinelle (comme l'oxyde de lithium-manganèse). Récemment, des électrodes de graphène ont également été utilisées comme composants des électrodes de batterie lithium-ion.

L'électrolyte est typiquement un mélange d'esters carbonatés organiques, tels que des complexes lithium-ion de carbonate d'éthylène ou de carbonate de diéthylène. Ces électrolytes non aqueux utilisent généralement des sels d'anions non coordonnés, tels que l'hexafluorophosphate de lithium (LiPF6), l'hexafluoroarsenate de lithium monohydraté, le perchlorate de lithium, le tétrafluoroborate de lithium et le trifluorométhanesulfonate de lithium.

Températures extrêmes pour les batteries lithium-ion

La limite de température de charge pourBatteries au lithium en vracEst plus strict que la limite d'exploitation. La chimie du lithium-ion fonctionne bien à des températures élevées, mais une exposition prolongée à des températures élevées raccourcira la durée de vie de la batterie.

Les batteries au lithium-ion offrent de bonnes performances de charge à des températures plus fraîches et peuvent même se charger rapidement dans une plage de température de 5 à 45 ° C. La charge doit être effectuée dans cette plage de température. La charge à des températures comprises entre 0 et 5 ° C est possible, mais le courant de charge doit être réduit. Des températures élevées peuvent être bénéfiques pendant la charge à basse température en raison de la résistance interne de la batterie. Une charge à une température trop élevée peut entraîner une dégradation de la batterie, et une charge à des températures supérieures à 45 ° C réduira les performances de la batterie, tandis qu'à des températures plus basses, la résistance interne de la batterie peut augmenter, ce qui entraîne un taux de charge plus lent et un temps de charge plus long.

Les batteries lithium-ion grand public ne doivent pas être chargées à des températures inférieures à 0 ° C. Bien que le bloc-batterie puisse sembler se charger normalement, l'électrode négative peut subir un placage au lithium métallique pendant la charge à basse température, qui peut ne pas être amovible même avec des cycles répétés. Pour des raisons de sécurité, la plupart des appareils équipés de batteries lithium-ion ne permettent pas de charger en dehors de la plage de 0 à 45 ° C, sauf les téléphones portables qui peuvent permettre une certaine charge lors de la détection d'un appel d'urgence en cours.

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