Un guide complet de la batterie au lithium ternaire

L'utilisation des batteries au lithium a connu une croissance exponentielle ces dernières années, le marché mondial devant atteindre $53,3 milliards USD d'ici 2027. La batterie au lithium ternaire est un choix de plus en plus populaire pour ceux qui recherchent des solutions de stockage d'énergie fiables et efficaces. Ce guide complet fournira un aperçu détaillé de cette technologie importante, en examinant ses avantages par rapport à d'autres options et en fournissant des conseils pratiques sur la meilleure façon de la déployer.

Ternaire les batteries au lithium offrent plusieurs avantages y compris une sécurité accrue, des performances améliorées et une rentabilité par rapport aux technologies traditionnelles au plomb ou au nickel-cadmium. Ils sont également hautement modulaires et évolutifs en raison de leur facteur de forme, ce qui les rend capables de répondre à un large éventail de besoins en énergie, depuis les applications à petite échelle jusqu'aux grandes installations industrielles.

En armant les lecteurs d'une compréhension des principes de base impliqués et des ressources disponibles à leur disposition, nous espérons inspirer confiance à tous ceux qui recherchent plus d'informations sur ce nouveau développement passionnant de la technologie de stockage d'énergie.

Qu'est-ce que la batterie au lithium ternaire ?

Un ternaire lithium La batterie est un type de batterie rechargeable qui utilise trois composants différents pour son fonctionnement. Il utilise des matériaux d'électrolyte, de cathode et d'anode pour produire de l'énergie. Ce type de batterie présente des avantages par rapport aux batteries au plomb traditionnelles en raison de sa densité énergétique élevée et de sa capacité de charge rapide. La majorité des batteries ternaires au lithium actuellement sur le marché sont fabriquées à partir de sel de nickel, de sel de cobalt et de sel de manganèse.

Les principes de fonctionnement de ces cellules impliquent l'utilisation de réactions chimiques entre les électrolytes, les anodes et les cathodes lorsqu'ils sont en contact les uns avec les autres. Lorsqu'ils sont chargés, les ions chargés positivement se déplacent à travers les électrolytes liquides vers l'électrode négative, tandis que les ions chargés négativement parcourent le même chemin mais inversement vers l'électrode positive. Ce processus crée un courant électrique qui peut être utilisé comme source d'alimentation. De plus, les batteries au lithium ternaire ont des taux d'autodécharge inférieurs à leurs homologues, offrant ainsi une durée de vie plus longue sans perte de capacité de charge.

Paramètres techniques du lithium ternaire

Les avantages de la batterie lithium ternaire

(1) Bonne performance à basse température

"Capacité relative à 25°C" fait référence au rapport de la capacité de décharge à différentes températures à la capacité de décharge à 25°C.

Cette valeur peut refléter avec précision l'atténuation de la durée de vie de la batterie dans différentes conditions de température. Plus le 100% est proche, meilleures sont les performances de la batterie.

Il ressort de l'expérience de la figure ci-dessous que les performances de décharge de la batterie au lithium ternaire sont les meilleures lorsque la température est de 25 ° C comme référence.

Même à basse température de -20°C, il peut toujours maintenir plus de 70% de capacité de décharge, tandis que d'autres batteries lithium-ion peuvent maintenir jusqu'à 50%-60% de capacité.

(2) Densité énergétique élevée

À l'heure actuelle, selon les données pertinentes, la densité d'énergie de la batterie cylindrique 18650 en matériau ternaire a atteint 232 Wh/kg et continuera d'augmenter à 293 Wh/kg à l'avenir.

De plus, pour les véhicules électriques domestiques, les batteries à faible densité d'énergie occuperont non seulement plus d'espace, mais seront également plus lourdes, et la durée de vie de la batterie sera grandement affectée lors de son utilisation.

Par conséquent, relativement parlant, la batterie au lithium ternaire économise plus d'espace que les autres batteries et résout en même temps le problème du poids excessif.

(3) Efficacité de charge supérieure

À l'heure actuelle, la méthode de charge la plus courante sur le marché est la charge à courant constant et à tension constante. Généralement, la charge à courant constant est utilisée au début de la charge. À ce moment, le courant est plus important et l'efficacité de charge est relativement plus élevée. Une fois que la tension atteint une certaine valeur, réduisez le courant et passez à une charge à tension constante, afin que la batterie puisse être chargée plus complètement.

On peut voir dans le tableau ci-dessous que lorsque la batterie au lithium ternaire est chargée en dessous de 10C, il n'y a pas de différence évidente dans le rapport de courant constant. Lorsque le taux est chargé au-dessus de 10C, il peut toujours maintenir un rapport de courant constant supérieur à 50%, tandis que les autres batteries ne peuvent même pas être chargées au-dessus du taux de charge de 10C.

Inconvénients des batteries au lithium ternaire

Les batteries au lithium ternaire présentent plusieurs inconvénients qui doivent être pris en compte avant leur mise en œuvre. Les plus courants sont les problèmes de coût, de longévité et de sécurité.

• Coût élevé: Par rapport à la chimie lithium-ion traditionnelle, le prix des batteries au lithium ternaire est relativement élevé.
• Durée de vie courte: La durée de vie des batteries au lithium ternaire est généralement plus courte que celle des autres types de batteries chimiques rechargeables, avec une durée de vie d'environ 500 à 800 cycles seulement.
• Mauvaise sécurité : En raison de l'utilisation d'une variété de matériaux d'électrode dans les batteries au lithium ternaire, différents degrés de réactions chimiques se produiront à différentes températures, il existe donc un risque accru d'emballement thermique. De plus, ils génèrent beaucoup plus de chaleur que d'autres produits chimiques pendant le fonctionnement et le chargement, de sorte qu'un refroidissement supplémentaire peut être nécessaire lorsqu'ils sont utilisés dans certains environnements.

Comparaison de la batterie au lithium ternaire et d'autres batteries

Les batteries lithium-ion comprennent les batteries au lithium polymère (Li-PO), les batteries lifepo4 (LFP) et les batteries au lithium ternaire (NCM).

(1) Comparaison de la densité énergétique

Les batteries au lithium ternaire et les batteries LiFePO4 sont deux types populaires de batteries rechargeables. Il est important de prendre en compte la densité d'énergie lors du choix du type de batterie à utiliser pour une application particulière. Les batteries au lithium ternaire ont des densités d'énergie plus élevées que les batteries LiFePO4, ce qui signifie que plus d'énergie peut être stockée dans le même espace. Cela les rend idéales pour les applications où les contraintes de taille ou de poids limitent la capacité disponible.

La densité énergétique varie également en fonction d'autres facteurs tels que la température, le taux de charge et profondeur de décharge. D'une manière générale, les batteries au lithium ternaires ont tendance à mieux maintenir leur haute densité énergétique que les batteries LiFePO4 dans diverses conditions. Cela leur permet de fournir des niveaux de performances plus élevés sur des périodes plus longues sans sacrifier la capacité ou la stabilité. En conséquence, ils sont souvent choisis pour des applications nécessitant un rendement constamment élevé sur des périodes prolongées.

(2) Comparaison de sécurité

L'électrolyte liquide des batteries au lithium ternaire est inflammable et explosif. Il est facile de déclencher un emballement thermique lors d'une utilisation à long terme, et la croissance de dendrites de lithium pendant la charge et la décharge est facile à percer le séparateur, provoquant un court-circuit de la batterie et des risques pour la sécurité.

Les batteries au lithium fer phosphate présentent les avantages d'une résistance à haute température, d'une sécurité et d'une stabilité élevées et d'une meilleure performance de cycle en utilisation réelle.

(3) Résistance aux basses températures

Pour commencer, les batteries au lithium ternaire sont connues pour avoir une plus grande tolérance que les batteries lifepo4 lorsqu'elles sont soumises à des températures extrêmes. En particulier, ils ont tendance à mieux se porter à des températures extrêmement basses ; alors que les deux types atteignent des taux de décharge de pointe proches de -20 ° C (ou moins), les batteries au lithium ternaire maintiennent des niveaux de tension plus élevés ainsi que des taux d'autodécharge bien inférieurs par rapport aux batteries lifepo4. Cela améliore la fiabilité et la stabilité pendant les opérations hivernales ou arctiques où des climats plus froids peuvent être présents.

(4) Comparaison de vie

Le cycle de vie d'une batterie est un facteur important à prendre en compte lors de la comparaison des batteries au lithium ternaire et des batteries LiFePO4. Le nombre de cycles de charge que les cellules peuvent endurer avant que leur capacité ne tombe en dessous de certains niveaux détermine leur durée de vie dans des conditions données. Les batteries au lithium ternaire devraient avoir une durée de vie légèrement inférieure à celle de LiFePO4, seulement 500 à 800 cycles en général. En comparaison, LiFePO4 offre entre 1000 et 5000 cycles. Cette différence peut être influencée par d'autres facteurs tels que la température, mais elle n'est généralement pas trop importante.

(5) Coût

"L'élément cobalt" dans le matériau d'électrode positive de la batterie au lithium ternaire est un métal précieux, qui a un coût élevé, et la durée de vie de la batterie au lithium ternaire est courte, ce qui augmente encore le coût. Étant donné que la batterie lifepo4 ne contient pas de métaux précieux, le coût des matières premières peut être compressé très bas. La batterie est composée de lifepo4, les cellules de la batterie sont relativement simples et l'équipement auxiliaire n'a pas besoin de trop de protection. Par conséquent, les batteries au lithium ternaire sont généralement plus chères que les batteries lifepo4.

Comment charger correctement la batterie au lithium ternaire ?

Charger un ternaire la batterie au lithium est une partie importante de son entretien. Pour garantir que la batterie fonctionne de manière optimale et reste saine, il est essentiel de comprendre comment la charger correctement.

Vous trouverez ci-dessous quelques considérations clés lors du chargement d'un ternaire batterie au lithium:
- Chargez en utilisant le bon chargeur pour votre modèle de batterie particulier - différents modèles ont des exigences différentes.
- Surveillez attentivement la température pendant la charge ; une surchauffe peut entraîner des dommages permanents et même des risques d'incendie.
- Éviter surcharge car cela réduira considérablement les performances de durée de vie.
- Assurez-vous que la tension reste dans les plages spécifiées à tout moment ; en dehors de ceux-ci pourraient provoquer une défaillance catastrophique.

Il est également conseillé d'utiliser un logiciel spécialisé qui surveille l'état de charge (SOC) ou d'autres paramètres en temps réel et fournit des alertes si des valeurs dépassent leurs seuils ou tombent en dessous de manière trop drastique. Cela permet de garder une trace des conditions liées à la sécurité, à la perte de capacité, à la durée de vie, etc. lors de la charge de la batterie. De plus, un étalonnage fréquent des mesures des paramètres internes permet de suivre les changements avec plus de précision et assure un meilleur contrôle sur l'ensemble du processus.

La procédure de charge correcte doit inclure une préparation adéquate, comme s'assurer qu'aucun liquide n'est entré dans les cellules, vérifier si les batteries doivent être réparées ou remplacées, nettoyer correctement les contacts avant de les connecter aux chargeurs, etc. Il est également très important de surveiller après la charge toutes les anomalies ou divergences dans les lectures à intervalles réguliers après la déconnexion des sources d'alimentation. Celles-ci doivent être traitées immédiatement par un personnel qualifié si elles sont détectées. Prendre soin de votre batterie au lithium ternaire peut aider à prolonger considérablement sa durée de vie et à prévenir la dégradation due à une mauvaise utilisation ou à une mauvaise manipulation.

Les batteries au lithium ternaire sont-elles sûres ?

La sécurité est une priorité primordiale lors de l'utilisation de batteries au lithium ternaire. Ils sont conçus pour être fiables, durables et sécurisés pour les consommateurs, les entreprises et les autres organisations. Pour assurer leur sécurité en fonctionnement, plusieurs mesures ont été prises.

Tout d'abord, des fonctionnalités telles que les dispositifs de protection contre les surcharges (OCP), les circuits de limitation de courant (CLC) et les systèmes de contrôle de la température (TCS) aident à prévenir l'accumulation excessive de chaleur pendant les cycles de charge ou de décharge. De plus, bon nombre de ces composants sont fabriqués à partir de matériaux ignifuges qui contiennent des produits chimiques ignifuges qui protègent davantage contre les dommages potentiels dus aux incendies ou aux explosions.

De plus, toutes les cellules de batterie ternaire au lithium doivent passer des tests d'assurance qualité stricts avant d'être mises sur le marché ; cela inclut les tests de résistance aux courts-circuits ; stabilité de la tension sous charge ; performances de cycle de vie ; caractéristiques de charge/décharge ; températures de fonctionnement et paramètres de sécurité tels que la résistance aux forces d'impact.

La combinaison de normes de fabrication strictes associées à des mécanismes de protection intégrés sophistiqués signifie que les utilisateurs peuvent se sentir confiants dans le fonctionnement sûr de leurs batteries au lithium ternaire. En plus de ce niveau de sécurité inhérent, les instructions d'utilisation appropriées doivent toujours être suivies correctement afin de maximiser la sécurité et la longévité.

Comment stocker les batteries au lithium ternaire ?

Les batteries au lithium ternaire doivent être stockées correctement afin de maximiser la longévité et les performances. La température est le facteur principal, car le stockage d'une batterie à une température trop élevée ou trop basse peut entraîner des dommages irréversibles. Par conséquent, toutes les batteries au lithium ternaire doivent idéalement être stockées entre 10 et 40 °C (50 et 104 °F). Il est également important de garder ces cellules à l'abri de la lumière directe du soleil et de toute autre source de chaleur ou de froid extrême.

De plus, il est essentiel que les batteries ne soient pas déchargées en dessous de l'état de charge (SoC) 10% pendant le stockage ; cela empêchera la perte de capacité permanente due au cycle de décharge profonde. Pour une sécurité maximale, les niveaux de charge doivent rester supérieurs au SoC 50% avant d'être placés en mode de stockage à long terme. De plus, lors de leur stockage de courte durée pour des périodes inférieures à un mois, les niveaux de charge doivent rester supérieurs à 20%. Ces précautions garantissent que la batterie reste saine tout au long de sa durée de vie.

Champ d'application de la batterie au lithium ternaire

(1) Domaine du véhicule électrique

Ces dernières années, l'industrie de la fabrication de véhicules électriques a été tirée par la politique actuelle et le coût du lithium-ion continue de baisser, et le processus de remplacement des applications des batteries lithium-ion s'est accéléré.

Les principaux types de batteries au lithium pour véhicules électriques sont les batteries ternaires et leurs batteries rechargeables à système hybride lithium-ion phosphate. La tendance de développement des véhicules électriques favorisera le marché de vente des batteries polymères ternaires.

(2) Industrie des technologies de stockage d'énergie

À l'heure actuelle, le marché des ventes de batteries au lithium de stockage d'énergie dans mon pays est encore en phase de développement, et parce que les batteries au lithium de stockage d'énergie sont principalement piles lifepo4, et l'application des batteries ternaires est moindre, la tendance de développement du marché actuel des ventes de batteries au lithium de stockage d'énergie est relativement limitée.

Avec la tendance au développement du batterie au lithium de stockage d'énergie marché, la future économie entre dans un processus de croissance rapide. À mesure que sa technologie de stockage d'énergie élargit la part de marché des batteries ternaires, les ventes de matériaux ternaires dans l'industrie des batteries au lithium de stockage d'énergie augmenteront relativement.

(3) Domaines tels que les robots de balayage, les drones et les appareils portables intelligents

À l'heure actuelle, avec l'amélioration du niveau de vie, la croissance constante de la consommation des ménages et l'amélioration des habitudes de consommation, de nouveaux produits tels que des robots de balayage intelligents, des drones et des appareils portables intelligents émergent dans un flux sans fin.

En raison de l'amélioration progressive des caractéristiques, de la résistance à la chaleur et du facteur de sécurité du système de circulation de matériau ternaire, ainsi que de son avantage de prix, de la densité relative de la capacité de travail et d'autres avantages et dangers.

(4) Industrie des outils pneumatiques

À l'heure actuelle, la commercialisation des outils pneumatiques a traversé tout le processus de remplacement des outils pneumatiques traditionnels par des outils électriques au lithium, d'augmentation de la production d'outils pneumatiques simples et d'expansion de la production d'appareils électriques au lithium.

Les batteries ternaires sont utilisées dans les outils pneumatiques, en particulier la plupart des outils pneumatiques moyens et bas de gamme sont fabriqués à partir de matériaux ternaires.

Recyclage des batteries au lithium ternaire

Le recyclage des batteries au lithium ternaire consiste principalement à extraire des métaux lourds non ferreux à valeur relativement élevée, tels que le cobalt et le lithium.

Dans le même temps, il réduit également la pollution de l'environnement et répond aux exigences politiques en matière d'écologie, de faible émission de carbone, d'économie d'énergie et de protection de l'environnement.

De cette manière, les avantages économiques et environnementaux sont remarquables et, en même temps, les problèmes de pénurie de ressources et de pollution de l'environnement sont résolus.

Les principales étapes du processus de récupération humide des électrodes de batterie au lithium ternaire mises hors service comprennent le prétraitement, le prétraitement, la lixiviation des métaux précieux, ainsi que la séparation et l'extraction des métaux précieux.

Pré-traitement

C'est-à-dire, décharger physiquement et démonter le ternaire déchet batterie au lithium.

L'état de charge des batteries lithium-ion à la retraite est inégal et il y aura différents degrés de puissance résiduelle. Les batteries lithium-ion sont dans un état chargé et le démontage est plus sujet à la combustion spontanée, aux courts-circuits, aux explosions et à d'autres phénomènes dangereux.

Par conséquent, d'un point de vue sécurité, il est nécessaire de décharger complètement la batterie avant de la démonter.

Méthode 1 : Effectuez une décharge physique sur l'instrument de charge et de décharge.

Méthode 2 : Faire tremper dans une certaine concentration de solution saline pour décharger complètement.

Les batteries entièrement déchargées sont démontées et triées par cellules individuelles, et les cellules individuelles sont triées par le boîtier de la batterie, l'électrode, le diaphragme, etc.

Développement futur de la batterie au lithium ternaire

Les batteries ternaires au lithium sont devenues une force dominante dans l'industrie des batteries en raison de leurs performances supérieures, de leur format compact et de leur durée de vie prolongée. Ainsi, beaucoup principaux fabricants de batteries au lithium au monde investissent massivement dans la recherche et le développement de la technologie des batteries au lithium ternaire, en mettant de plus en plus l’accent sur l’optimisation de la conception pour une densité énergétique plus élevée. Avec les améliorations continues des protocoles de sécurité et de la science des matériaux, il est probable que les futures générations de batteries ternaires au lithium seront plus puissantes que les modèles existants.

Diverses stratégies peuvent être employées pour améliorer les performances des batteries au lithium ternaire tout en conservant leurs caractéristiques de légèreté. Par exemple, le remplacement de composants plus lourds par des composants plus légers ou l'utilisation d'une formule d'électrolyte avancée pourrait améliorer l'efficacité et raccourcir les temps de recharge. De plus, les chercheurs étudient comment les additifs incorporés dans le matériau de la cathode peuvent aider à augmenter la puissance de sortie et à maximiser la capacité de charge. Enfin, les systèmes de liants composés de nouveaux polymères peuvent offrir une plus grande stabilité par rapport aux liants traditionnels utilisés dans les conceptions actuelles.

Il est clair que de nombreuses pistes prometteuses méritent d'être explorées lorsqu'il s'agit de développer des batteries au lithium ternaire de nouvelle génération. L'innovation continue dans ce domaine se traduira sans aucun doute par l'introduction sur le marché de nouveaux produits mieux adaptés à une variété d'applications allant de l'électronique grand public aux groupes motopropulseurs automobiles. Grâce à des efforts persistants pour créer des solutions efficaces capables de répondre à notre besoin toujours croissant de sources d'énergie fiables, ces progrès ne manqueront pas de profiter à la société dans son ensemble au fil du temps.

Résumer

La batterie au lithium ternaire est une technologie prometteuse qui fait l'objet d'une attention croissante ces dernières années. Cet article a offert un aperçu de ses avantages, inconvénients et domaines d'application pour fournir aux lecteurs une compréhension complète de la technologie. Il a également discuté de la composition de l'électrolyte, des exigences de stockage et des options de recyclage pour ce type de batterie.

On estime que d’ici 2030, la taille du marché mondial du ternaire les batteries au lithium atteindront sept fois $18 milliards USD supérieure à la valeur marchande actuelle. Cette croissance significative démontre l’intérêt croissant des chercheurs et des entreprises qui reconnaissent les avantages potentiels associés à ces batteries.

En conclusion, les batteries au lithium ternaire offrent des opportunités intéressantes pour ceux qui s'intéressent aux énergies renouvelables et aux sources d'énergie. En examinant attentivement leurs caractéristiques, les entreprises peuvent prendre des décisions éclairées sur la meilleure façon de les intégrer à leurs opérations ou à leurs produits. Les chercheurs devraient continuer à explorer les moyens d'améliorer les conceptions existantes et de créer de nouvelles applications afin de réaliser pleinement le potentiel de cette technologie de pointe.

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