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Les batteries au phosphate de fer de lithium présentent des avantages tels qu'une densité énergétique élevée, une grande sécurité, une résistance à la chaleur, un faible coût, un grand nombre de cycles et une longue durée de vie, et sont largement utilisées dans les domaines des véhicules électriques et du stockage d'énergie. Pour répondre aux besoins réels des applications, un grand nombre de cellules individuelles sont généralement connectées en série ou en parallèle pour former un pack de batteries. Cependant, ce système à haute énergie peut entraîner des conséquences plus graves lorsqu'un dérapage thermique se produit.
Le surcharge et le surchauffe sont considérés comme l'un des principaux facteurs conduisant à l'échappement thermique de la batterie, mais généralement, seul un test basé sur un seul facteur est effectué, et le critère de réussite ou d'échec repose sur le fait qu'il s'enflamme ou explose. Dans le scénario réel d'échappement thermique de la batterie, il peut être initialement déclenché par un seul facteur, mais au fur et à mesure que le processus d'échappement thermique se développe, il évolue progressivement vers une situation où plusieurs facteurs sont couplés et amplifiés, rendant les conséquences de l'échappement thermique plus graves. Il est donc d'une grande importance pratique d'étudier l'effet de couplage des batteries lithium-ion phosphate de fer sous diverses conditions d'abus. Le surcharge est considéré comme une cause importante des incendies de batteries. La norme de surcharge précoce pour les batteries de consommation était de 3C/4,8V. Comme les batteries de consommation sont généralement utilisées individuellement et avec l'avancée de la technologie des batteries, l'échappement thermique causé par le surcharge a été significativement réduit, et les normes actuelles ont considérablement assoupli les exigences en matière de paramètres de surcharge. Les tests de surchauffe simulent généralement la fonte du diaphragme ou la décomposition du film d'interface électrolyte solide (SEI) à une température de 130°C ou 85°C.
Le problème de sécurité des batteries réside essentiellement dans les caractéristiques thermiques des batteries. D.P. Kong et al. ont étudié les caractéristiques thermiques des batteries lithium-ion à phosphate de fer lithium après chauffage local à différentes positions et ont constaté que le chauffage du fond de la batterie est plus susceptible d'entraîner un dépassement thermique que le chauffage d'autres positions. P.J. Liu et al. ont étudié les effets de deux méthodes d'abus, le surchauffage et la surcharge, sur le dépassement thermique des batteries lithium-ion à phosphate de fer lithium. Les résultats ont montré que, comparé au surchauffage, le risque d'incendie causé par la surcharge est plus élevé, et la batterie brûle de manière plus violente lors des tests. Le dépassement thermique est également fortement lié à l'état de charge (SOC) de la batterie. Par exemple, P.J. Liu et al. ont utilisé une plaque chauffante pour simuler le processus de dépassement thermique déclenché par l'abus des batteries adjacentes dans le module et ont constaté que la température de déclenchement à 50 % SOC est plus élevée que celle des batteries à 100 % SOC. K. Wang et al. ont mené un test de surcharge sur des batteries lithium-ion à phosphate de fer lithium à 0,5C, et ont capté que les gaz émis lors du dépassement thermique de la batterie étaient principalement de l'hydrogène (H2), du monoxyde de carbone (CO) et du dioxyde de carbone (CO2), ainsi que divers alcanes.
La connexion en série et en parallèle à grande échelle des batteries augmente considérablement la probabilité des risques de surcharge et de décharge excessive, car si une batterie présente un problème, la propagation de la chaleur peut entraîner l'incendie ou l'explosion du pack de batteries. De plus, le mélange des gaz inflammables produits avec l'air peut également provoquer une explosion encore plus grave.
Pour améliorer la sécurité des batteries dans les scénarios d'application réels, il est nécessaire de renforcer la tolérance des batteries aux diverses formes de mauvais usage, ce qui devient un point focal de l'attention académique et industrielle.
De plus, lors de l'utilisation de la batterie, il faut éviter de la recharger après qu'elle soit complètement déchargée, ce qui peut facilement endommager irréversiblement la batterie.
Lorsque la batterie au phosphate de fer de lithium est pleinement chargée, il faut arrêter immédiatement la charge, sinon la batterie sera surchargée, ce qui peut réduire la durée de vie de la batterie ou même entraîner des situations dangereuses comme des courts-circuits.
L'utilisation de la batterie dans un environnement à haute température affectera également ses performances.
La méthode de décharge en courant constant consiste à contrôler l'intensité du courant de décharge afin que la batterie libère de l'énergie à un rythme constant. Elle est adaptée à la décharge rapide des batteries au phosphate de fer de lithium.
