Facteurs influençant la durée de vie des batteries lithium-ion

1. Vieillissement et dégradation du matériau de la batterie

Les matériaux contenus dans les batteries au lithium comprennent principalement : les matériaux actifs des électrodes positives et négatives, les liants, les agents conducteurs, les collecteurs de courant, les séparateurs et les électrolytes. Lors de l’utilisation des batteries au lithium, ces matériaux subissent un certain degré de dégradation et de vieillissement. Tang Zhiyuan et coll. pensait que les facteurs provoquant la dégradation de la capacité des batteries au lithium-acide manganèse comprennent la dissolution du matériau de l'électrode positive, les changements de phase dans le matériau de l'électrode, la décomposition de l'électrolyte, la formation d'un film interfacial et la corrosion du collecteur de courant. Vetter et coll. analysé systématiquement et en profondeur les changements dans l'électrode positive, l'électrode négative et l'électrolyte de la batterie pendant le cyclage. L'auteur pensait que la formation et la croissance ultérieure du film SEI sur l'électrode négative s'accompagneraient d'une perte irréversible de lithium actif, et que le film SEI ne possédait pas de véritable fonctionnalité d'électrolyte solide. La diffusion et la migration de substances autres que les ions lithium entraîneraient la génération de gaz et la rupture de particules. De plus, les changements de volume de matériau au cours du cyclage et la précipitation du lithium métallique entraîneraient également une perte de capacité.

2. Système de charge et de décharge 

Le système de charge et de décharge comprend principalement trois aspects : la méthode de charge et de décharge, le débit et les conditions de coupure. Concernant la méthode de charge, le scientifique américain Mas a proposé le concept de courbe de charge optimale. Il pensait que le courant de charge optimal d’une batterie diminue progressivement à mesure que le temps de charge augmente, ce qui peut être exprimé par la formule I=I0e-αt. Dans cette formule, I représente le courant de charge recevable ; I0 représente le courant initial maximum à l'instant t=0 ; t représente le temps de charge ; et α représente la constante de désintégration. La courbe de relation entre I et t est représentée dans la figure suivante.

3. Température

Différents types de batteries au lithium ont des températures de fonctionnement optimales différentes, et des températures trop élevées ou trop basses peuvent avoir un impact sur la durée de vie des batteries.

4. Cohérence cellulaire

Les batteries sont généralement constituées de centaines, voire de milliers de cellules individuelles connectées en série ou en parallèle. Outre les facteurs susmentionnés qui influencent leur cycle de vie, la cohérence cellulaire est un autre facteur crucial. En raison des différences dans les matériaux et les processus de fabrication, il est difficile de garantir la cohérence des cellules de batterie lithium-ion. En termes de matériaux, l’uniformité des matériaux et des électrolytes des électrodes positives et négatives est cruciale. Les batteries au lithium produites à partir des mêmes matériaux et dans le même lot présentent souvent une cohérence relativement meilleure.

En termes de fabrication, le processus de production des batteries au lithium est complexe, impliquant plusieurs paramètres de processus à chaque étape. Un mauvais contrôle peut entraîner des incohérences dans des paramètres tels que la tension, la capacité et la résistance interne de la batterie.

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