Batterie LiFePO4

La batterie au lithium fer phosphate est une batterie lithium-ion utilisant du lithium fer phosphate (LiFePO4) comme matériau d'électrode positive et du carbone comme matériau d'électrode négative.
Lors de la charge, une partie des ions lithium du phosphate de fer et de lithium est extraite, transférée à l'électrode négative via l'électrolyte et intégrée au carbone de l'électrode négative. Parallèlement, des électrons sont libérés de l'électrode positive et atteignent l'électrode négative depuis le circuit externe afin de maintenir l'équilibre de la réaction chimique. Lors de la décharge, des ions lithium sont extraits de l'électrode négative et atteignent l'électrode positive via l'électrolyte. Parallèlement, l'électrode négative libère des électrons et atteint l'électrode positive depuis le circuit externe afin de fournir de l'énergie au monde extérieur.
Les batteries LiFePO4 présentent les avantages d'une tension de fonctionnement élevée, d'une densité énergétique élevée, d'une longue durée de vie, de bonnes performances de sécurité, d'un faible taux d'autodécharge et d'aucun effet mémoire.
Caractéristiques structurelles de la batterie
Le côté gauche de la batterie lithium-fer-phosphate est constitué d'une électrode positive en LiFePO4 à structure olivine, reliée à l'électrode positive de la batterie par une feuille d'aluminium. À droite se trouve l'électrode négative en carbone (graphite), reliée à l'électrode négative par une feuille de cuivre. Au centre se trouve un séparateur en polymère, qui sépare l'électrode positive de l'électrode négative. Les ions lithium peuvent le traverser, mais pas les électrons. L'intérieur de la batterie est rempli d'électrolyte et elle est hermétiquement scellée par un boîtier métallique.

Caractéristiques de la batterie lithium fer phosphate
Densité énergétique plus élevée

Selon les rapports, la densité énergétique des batteries lithium-fer-phosphate à coque carrée en aluminium produites en 2018 est d'environ 160 Wh/kg. En 2019, certains excellents fabricants de batteries pourraient atteindre 175-180 Wh/kg. Grâce à la technologie et à la capacité des puces, il est possible d'atteindre 185 Wh/kg.
bonnes performances en matière de sécurité
Les performances électrochimiques du matériau de la cathode de la batterie lithium-fer-phosphate sont relativement stables, ce qui garantit une plateforme de charge et de décharge stable. Par conséquent, la structure de la batterie ne change pas pendant la charge et la décharge, et elle ne risque pas de brûler ni d'exploser. Elle reste très sûre dans des conditions particulières telles que la charge, la compression et l'acupuncture.

Longue durée de vie

La durée de vie des batteries lithium-fer-phosphate (1C) est généralement 2 000 fois supérieure, voire 3 500 fois supérieure. Le marché du stockage d'énergie exige quant à lui une durée de vie de 4 000 à 5 000 fois supérieure, garantissant une durée de vie de 8 à 10 ans, supérieure à 1 000 cycles pour les batteries ternaires. La durée de vie des batteries plomb-acide longue durée est environ 300 fois supérieure.
Application industrielle de la batterie lithium fer phosphate

Application de l'industrie des véhicules à énergie nouvelle

Le « Plan de développement de l'industrie des véhicules économes en énergie et à énergies nouvelles » de mon pays propose que « l'objectif global du développement des véhicules à énergies nouvelles de mon pays est le suivant : d'ici 2020, la production et les ventes cumulées de véhicules à énergies nouvelles atteindront 5 millions d'unités, et que l'industrie des véhicules économes en énergie et à énergies nouvelles de mon pays se classera au premier rang mondial. » Les batteries lithium-fer-phosphate sont largement utilisées dans les voitures particulières, les véhicules logistiques, les véhicules électriques à basse vitesse, etc. en raison de leurs avantages en termes de sécurité et de faible coût. Influencées par la politique, les batteries ternaires occupent une position dominante grâce à leur densité énergétique avantageuse, mais les batteries lithium-fer-phosphate conservent des avantages irremplaçables dans les voitures particulières, les véhicules logistiques et d'autres domaines. Français Dans le domaine des voitures particulières, les batteries lithium fer phosphate représentaient environ 76 %, 81 %, 78 % des 5e, 6e et 7e lots du « Catalogue des modèles recommandés pour la promotion et l'application des véhicules à énergie nouvelle » (ci-après dénommé le « Catalogue ») en 2018. %, maintenant le courant dominant. Dans le domaine des véhicules spéciaux, les batteries lithium fer phosphate représentaient respectivement environ 30 %, 32 % et 40 % des 5e, 6e et 7e lots du « Catalogue » en 2018, et la proportion d'applications a progressivement augmenté.
Yang Yusheng, académicien à l'Académie chinoise d'ingénierie, estime que l'utilisation de batteries lithium-fer-phosphate sur le marché des véhicules électriques à autonomie prolongée peut non seulement améliorer la sécurité des véhicules, mais aussi favoriser leur commercialisation, éliminant ainsi les inconvénients liés à la consommation, à la sécurité et au coût des véhicules 100 % électriques. L'inquiétude suscitée par la recharge et les problèmes de batterie qui en découlent, entre autres, a conduit de nombreux constructeurs automobiles à lancer des projets de véhicules 100 % électriques à autonomie prolongée entre 2007 et 2013.

Démarrez l'application sur l'alimentation

Outre les caractéristiques des batteries lithium-ion, la batterie lithium-fer-phosphate de démarrage offre une puissance instantanée élevée. La batterie plomb-acide traditionnelle est remplacée par une batterie lithium-ion d'une puissance inférieure à un kilowattheure, tandis que le démarreur et l'alternateur traditionnels sont remplacés par un moteur BSG. Elle offre non seulement la fonction de démarrage/arrêt au ralenti, mais aussi les fonctions d'arrêt et de marche en roue libre, de récupération d'énergie en roue libre et au freinage, d'accélération et de croisière électrique.

Applications sur le marché du stockage d'énergie

La batterie LiFePO4 présente une série d'avantages uniques tels qu'une tension de fonctionnement élevée, une densité énergétique élevée, une longue durée de vie, un faible taux d'autodécharge, aucun effet mémoire, une protection de l'environnement verte, etc., et prend en charge une expansion continue, adaptée au stockage d'énergie électrique à grande échelle, dans les centrales électriques à énergie renouvelable ont de bonnes perspectives d'application dans les domaines de la connexion sécurisée au réseau de production d'électricité, de la régulation de pointe du réseau électrique, des centrales électriques distribuées, des alimentations UPS et des systèmes d'alimentation de secours.
Selon le dernier rapport sur le stockage d'énergie récemment publié par GTM Research, une organisation internationale d'études de marché, l'application de projets de stockage d'énergie côté réseau en Chine en 2018 a continué d'augmenter la consommation de batteries au lithium fer phosphate.
Avec l'essor du marché du stockage d'énergie, ces dernières années, certains fabricants de batteries électriques ont déployé des activités de stockage d'énergie afin d'ouvrir de nouveaux marchés d'application pour les batteries lithium-fer-phosphate. D'une part, grâce à leurs caractéristiques de durée de vie ultra-longue, de sécurité d'utilisation, de grande capacité et de respect de l'environnement, les batteries lithium-fer-phosphate peuvent être transférées au stockage d'énergie, ce qui permettra d'étendre la chaîne de valeur et de promouvoir un nouveau modèle économique. D'autre part, les systèmes de stockage d'énergie compatibles avec les batteries lithium-fer-phosphate sont devenus la solution de choix sur le marché. Selon certaines études, les batteries lithium-fer-phosphate ont été testées pour être utilisées dans les bus et les camions électriques, ainsi que pour la régulation de fréquence côté utilisateur et côté réseau.
1. La production d'énergie renouvelable, comme l'éolien et le photovoltaïque, est raccordée au réseau en toute sécurité. Le caractère aléatoire, l'intermittence et la volatilité inhérents à la production d'énergie éolienne font que son développement à grande échelle aura inévitablement un impact significatif sur la sécurité d'exploitation du système électrique. Avec le développement rapide de l'industrie éolienne, la plupart des parcs éoliens de mon pays étant des parcs à développement centralisé à grande échelle et à transport longue distance, la production d'électricité connectée au réseau de ces grands parcs pose de sérieux défis pour l'exploitation et le contrôle des grands réseaux électriques.
La production d'énergie photovoltaïque est affectée par la température ambiante, l'intensité de la lumière solaire et les conditions météorologiques, et la production d'énergie photovoltaïque présente les caractéristiques de fluctuations aléatoires. Mon pays présente une tendance de développement de « développement décentralisé, accès basse tension sur site » et de « développement à grande échelle, accès moyenne et haute tension », ce qui met en avant des exigences plus élevées en matière de régulation de pointe du réseau électrique et de fonctionnement sûr des systèmes électriques.
Les solutions de stockage d'énergie de grande capacité sont donc devenues essentielles pour résoudre le problème de contradiction entre le réseau électrique et la production d'énergie renouvelable. Le système de stockage d'énergie par batterie lithium-fer-phosphate se caractérise par une conversion rapide des conditions de fonctionnement, une flexibilité de fonctionnement, un rendement élevé, une sécurité et une protection de l'environnement élevées, ainsi qu'une forte évolutivité. Résoudre les problèmes de contrôle local de la tension, améliorer la fiabilité et la qualité de la production d'énergie renouvelable, permettant ainsi à cette énergie de devenir une source d'énergie continue et stable.
Avec l'expansion continue des capacités et de l'échelle, ainsi que la maturité croissante des technologies intégrées, le coût des systèmes de stockage d'énergie va encore diminuer. Après des tests de sécurité et de fiabilité à long terme, les systèmes de stockage d'énergie à batteries lithium-fer-phosphate devraient être utilisés dans les énergies renouvelables telles que l'éolien et le photovoltaïque. Ils sont largement utilisés pour sécuriser le raccordement au réseau électrique et améliorer la qualité de l'électricité.
2. Régulation des pointes de consommation du réseau électrique. Les centrales de pompage-turbinage ont toujours été le principal moyen de régulation des pointes de consommation du réseau électrique. La construction de deux réservoirs, un réservoir supérieur et un réservoir inférieur, étant fortement limitée par les conditions géographiques, est complexe en plaine, avec une superficie importante et des coûts de maintenance élevés. L'utilisation d'un système de stockage d'énergie par batterie lithium-fer-phosphate, en remplacement de la centrale de pompage-turbinage, permettra de gérer les pointes de consommation du réseau électrique sans contrainte géographique, avec un choix de site libre, un investissement réduit, une occupation du sol réduite et des coûts de maintenance réduits. Ce système jouera un rôle important dans la régulation des pointes de consommation du réseau électrique.
3. Centrales électriques décentralisées. En raison des défaillances du grand réseau électrique lui-même, il est difficile de garantir la qualité, l'efficacité, la sécurité et la fiabilité de l'alimentation électrique. Pour les unités et les entreprises importantes, une double alimentation, voire plusieurs, est souvent nécessaire pour assurer la sécurité et la protection. Le système de stockage d'énergie par batterie lithium-fer-phosphate peut réduire ou éviter les pannes de courant causées par des pannes de réseau et divers événements imprévus, et assurer une alimentation électrique sûre et fiable dans les hôpitaux, les banques, les centres de commandement et de contrôle, les centres de traitement de données, les industries chimiques et de fabrication de précision. Il joue un rôle important.
4. Alimentation UPS. Le développement rapide et continu de l'économie chinoise a entraîné une décentralisation des besoins en alimentation UPS, ce qui a entraîné une demande continue de plus en plus importante d'industries et d'entreprises.
Par rapport aux batteries plomb-acide, les batteries lithium fer phosphate présentent les avantages d'une longue durée de vie, de sécurité et de stabilité, d'une protection de l'environnement verte et d'un faible taux d'autodécharge. seront largement utilisées.

Applications dans d'autres domaines

Les batteries lithium fer phosphate sont également largement utilisées dans le domaine militaire en raison de leur longue durée de vie, de leur sécurité, de leurs performances à basse température et d'autres avantages. Le 10 octobre 2018, une entreprise de batteries du Shandong a fait forte impression au premier Salon de l'innovation technologique et de l'intégration militaro-civile de Qingdao, présentant des produits militaires, dont des batteries militaires ultra-basse température -45 °C.