L'utilisation de batteries au lithium dans des environnements à basse température est limitée. Outre une forte baisse de la capacité de décharge, les batteries au lithium ne peuvent pas être chargées lorsque la température de la batterie est basse. Lorsque la batterie est chargée à basse température, l'incorporation d'ions lithium sur l'électrode de graphite de la batterie et la réaction de placage au lithium existent simultanément et se font concurrence. Dans des conditions de basse température de la batterie, la diffusion des ions lithium dans le graphite est inhibée, la conductivité de l'électrolyte diminue, ce qui entraîne une diminution du taux d'intercalation et il est plus facile de plaquer du lithium sur la surface du graphite. La principale raison de la diminution de la durée de vie des batteries lithium-ion lorsqu'elles sont utilisées à basse température est l'augmentation de la résistance interne et la perte de capacité due à la précipitation des ions lithium.

1, l'impact de la basse température sur la capacité de décharge de la batterie.
À mesure que la température augmente, la capacité augmente progressivement. La capacité à -20℃ n’équivaut qu’à environ 60 % de la capacité à 15℃. En plus de la capacité, la tension en circuit ouvert de la batterie diminue également avec l'augmentation de la température. Nous savons tous que l’énergie contenue dans une batterie est le produit de la capacité et de la tension aux bornes. Lorsque les deux multiples chutent, l’énergie dans la batterie doit être une superposition des effets décroissants des deux. Lorsque la température de la batterie est inférieure, l'activité du matériau de l'électrode positive est réduite, de sorte que le nombre d'ions lithium pouvant se déplacer et apporter un courant de décharge est réduit, ce qui est à l'origine de la diminution de la capacité.
2, l'effet de la basse température sur la résistance interne de la batterie
Dans toute situation de charge, la résistance interne de la batterie augmentera considérablement à mesure que la température diminue. Plus la charge est faible, plus la résistance interne est grande, et cette tendance reste constante avec la température. Lorsque la température de la batterie est basse, la diffusion et la mobilité des ions chargés dans les matériaux positifs et négatifs deviennent faibles et il est difficile de traverser le film de passivation entre l'électrode et l'électrolyte. Le taux de transfert dans l'électrolyte est également réduit et une grande quantité de chaleur supplémentaire est générée pendant le processus de transfert. Une fois que les ions lithium atteignent l’électrode négative, la diffusion à l’intérieur du matériau négatif devient également irrégulière. Tout au long du processus, le mouvement des ions chargés devient très difficile. De l’extérieur, cela signifie que la résistance interne de la cellule a augmenté.
3, réaction latérale interne de la batterie lithium-ion à basse température

Les performances des batteries lithium-ion seront sérieusement réduites à basse température et certaines réactions secondaires se produiront lors de la charge et de la décharge des batteries lithium-ion. Ces réactions secondaires sont principalement des réactions irréversibles entre les ions lithium et l’électrolyte, qui entraîneront une diminution de la capacité de la batterie au lithium et détérioreront davantage ses performances. La consommation de matière active conductrice entraîne une atténuation de capacité. Compte tenu du potentiel des électrodes positives et négatives de la batterie, ces réactions secondaires sont plus susceptibles de se produire du côté négatif que du côté positif. Étant donné que le potentiel du matériau de l'électrode négative est bien inférieur à celui du matériau de l'électrode positive, les dépôts de réaction secondaire d'ions et de solvants électrolytiques se déposent sur la surface de l'électrode pour former le film SEI. L'impédance du film SEI est l'un des facteurs provoquant un surpotentiel négatif. Lorsque la batterie est soumise à un cycle et à un vieillissement ultérieurs, l'expansion et la contraction de l'électrode provoquées par un cycle continu entraîneront la rupture du film SEI en raison de l'enrobage et du désencastrement continus des ions lithium sur l'électrode négative pendant le cycle continu. La fissure après la rupture du film SEI fournit un canal de contact direct entre l'électrolyte et l'électrode, formant ainsi un nouveau film SEI pour combler la fissure et augmenter l'épaisseur du film SEI.

Mots clés :

température de la batterie faible réaction secondaire interne de la batterie lithium-ion

batteries au lithium dans des environnements à basse température de batterie

batteries à lithium

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