Comment choisir la bonne batterie pour des conditions de basse température

Si vous souhaitez faire fonctionner un appareil ou un équipement alimenté par batterie dans températures extrêmes, il est essentiel de s’assurer non seulement que la machine elle-même est équipée pour de telles conditions, mais également que sa source d’alimentation peut fonctionner de manière sûre et efficace dans ces conditions. Lors du choix d'une batterie qui sera utilisée pour alimenter des produits dans des environnements extrêmement froids, il est important de comprendre comment les batteries sont affectées par les basses températures et quels types de batteries sont conçues non seulement pour résister à ces conditions, mais aussi pour continuer à fonctionner en toute sécurité, efficacement et pendant de longues périodes à des températures aussi basses. Dans cet article, nous couvrirons tout cela pour vous aider à sélectionner un produit qui répond exactement à vos besoins.

Quel est l’impact des basses températures sur les batteries au lithium ?

En termes simples, les températures extrêmement basses ralentissent les réactions chimiques qui se produisent dans une batterie, entraînant de mauvaises performances et des dommages permanents. Dans de telles conditions, la capacité de charge diminue tandis que la résistance interne augmente. Tout cela se traduit par des durées de fonctionnement plus courtes, une durée de vie réduite de la batterie et une panne de batterie. Pour éviter ces problèmes, les batteries au lithium courantes ont une plage de température recommandée de -20°C et -55°C. Pour les conditions situées en dehors de cette plage, des batteries spéciales basse température sont nécessaires pour garantir la sécurité et la longévité de la batterie.

Les dommages causés aux batteries au lithium par basse température sont-ils permanents ?

Étant donné que les températures extrêmement basses créent des réactions chimiques irréversibles au sein des batteries au lithium standard, les dommages qui en résultent sont permanents. Pour comprendre ce qui se passe exactement au sein de la batterie et comment, commençons par quelques notions de base.

Batteries lithium-ion avoir une électrode positive et une électrode négative. Pendant la charge, les ions lithium commencent au niveau du réseau d'électrode positive et traversent le séparateur d'électrolyte jusqu'à l'électrode négative, et sont intégrés dans les couches de graphite. Lors de la décharge, l'inverse se produit : les ions lithium se déplacent de la couche d'électrode négative en graphite vers le réseau d'électrode positive.

Fig1.-Structure-de-batterie-Li-ion-et-processus de décharge
Fig. 1. Structure de la batterie Li-ion et processus de décharge

Lorsqu'il est exposé à de basses températures, tout ralentit, du mouvement des molécules transportées à la vitesse de réaction, en passant par le processus de transport de matière dans son ensemble. Ce ralentissement est particulièrement vrai pour les ions lithium et les atomes de lithium présents dans les couches de graphite et le réseau d’électrodes positives. Le lithium commence à s'accumuler à l'interface électrode-électrolyte au lieu d'être intégré dans la couche de graphite, ce qui entraîne la formation de dendrites de lithium (accumulation de lithium métallique à la surface de l'électrode négative) pendant la charge.

Il s'agit d'une réaction de conversion irréversible qui peut entraîner une perte de capacité, une augmentation des courts-circuits et des risques pour la sécurité en raison de dommages structurels causés par les dendrites de lithium.

Lorsqu'une batterie se décharge dans des conditions de température extrêmement basse, la matière active positive est perdue et les particules métalliques s'accumulent en raison de la rupture des particules actives de l'électrode positive et du mouvement des éléments métalliques de transition vers l'électrode négative. Cela conduit à des dépôts de lithium dans la batterie.

Quelle quantité de capacité est perdue lorsque les batteries au lithium standard sont exposées à des températures froides ?

Dans une étude, les chercheurs ont prouvé à quel point la capacité peut être perdue lorsque les batteries au lithium standard sont exposées à de basses températures. Dans l’étude, les chercheurs ont laissé les batteries dans des températures froides pendant 48 heures, les ont ramenées à température ambiante, puis les ont testées pour déterminer leur perte de capacité sous deux réglages. Les batteries chargées et déchargées à un rythme lent/faible ont perdu 3.2 % de leur capacité, et les batteries chargées et déchargées à un rythme rapide/élevé ont perdu 6 % de leur capacité.

Fig2.-Perte de capacité debout à basse température
Fig2. Perte de capacité de charge à basse température

Il existe deux principales causes de problèmes de stockage résultant d'une exposition à basse température, comme le montre la figure 3 :

  1. La rupture de l'électrode positive.
  2. Le détachement des particules d’électrode positive forme le liant et entraîne une diminution de l’activité électrochimique.
Fig3.-Causes-des-dommages-de-stockage-à-basse température
Fig3. Causes des dommages causés par le stockage à basse température

En plus des problèmes de stockage, de tels dommages permanents peuvent entraîner une panne complète de la batterie et même des risques pour la sécurité, tels qu'une explosion de la batterie. C'est pourquoi des batteries au lithium basse température spécialement conçues sont recommandées pour une utilisation dans des environnements extrêmement froids.

En quoi les batteries au lithium basse température sont-elles différentes des batteries standard ?

Alors que les batteries standard ont une plage de température recommandée de -20 °C à +50 °C, les batteries au lithium basse température spécialement conçues peuvent fonctionner de manière sûre et efficace à des températures inférieures à -20 °C. Ces batteries sont structurellement similaires aux batteries au lithium standard, mais leurs électrolytes et leurs membranes sont modifiés afin de permettre la charge, la décharge et le stockage d'énergie à des températures plus froides.

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