Pourquoi le lithium fer phosphate (LFP) est-il plus résistant à la chaleur que les batteries au lithium ternaire ?

Les batteries LFP présentent une résistance à la chaleur nettement meilleure que les batteries au lithium ternaire. Cet avantage est une caractéristique essentielle de leur sécurité et une considération clé dans de nombreuses applications, telles que les batteries de stockage d'énergie où les batteries au lithium ternaire ne sont pas autorisées.

Les différences dans leur résistance à la chaleur se reflètent principalement dans les aspects suivants :

La structure chimique (structure olivine) du phosphate de fer et de lithium (LFP) est très stable, ce qui lui confère une excellente résistance à la chaleur. Le lithium ternaire (NCM/NCA), en raison de sa composition chimique plus réactive, est plus sujet aux changements de structure cristalline à haute température.

L'emballement thermique est l'état le plus dangereux d'une batterie, faisant référence à l'augmentation incontrôlée de la température interne, conduisant finalement à un incendie ou à une explosion. Ce qui suit est une comparaison des températures aux points critiques d’emballement thermique pour les deux batteries :

Les données montrent clairement que le « seuil d'incendie » et la « limite supérieure d'emballement » des batteries au lithium fer phosphate sont beaucoup plus élevés que ceux des batteries au lithium ternaire :

Même dans le cas malheureux d’un emballement thermique, les niveaux de danger des deux sont complètement différents :

3.1 Processus de combustion : LFP ne se décompose pas facilement en molécules d'oxygène à haute température, ce qui entraîne une combustion relativement douce ; tandis que les matériaux ternaires au lithium se décomposent en oxygène à haute température, fournissant un accélérateur de combustion, conduisant à un feu plus intense, formant même des flammes ressemblant à des jets-.

3.2 Dégagement de gaz : Le LFP libère principalement de la fumée lors d'un emballement thermique, généralement sans flamme nue. Cependant, les batteries ternaires au lithium éjectent violemment de grandes quantités de liquides inflammables et de débris solides, pouvant enflammer les objets environnants et causer des dégâts plus importants.

3.3 Vitesse de propagation : Un test sur des batteries au lithium ternaire à haute teneur en -nickel (NMC811) a montré que leur vitesse de propagation thermique est 5 fois supérieure à celle des batteries au lithium fer phosphate. Cela signifie qu’une fois qu’une batterie ternaire au lithium devient incontrôlable, le feu se propage extrêmement rapidement aux batteries adjacentes, laissant une fenêtre de sortie beaucoup plus courte.

Même si les batteries ternaires au lithium ne présentent pas la même résistance à la chaleur que les batteries LFP au niveau des matériaux, des progrès technologiques importants ces dernières années ont comblé cet écart grâce à des améliorations en matière d'ingénierie et de conception-au niveau du système. Ces mesures comprennent :

• Optimisation cellulaire :utilisant des matériaux monocristallins, des séparateurs à haute sécurité-, des additifs de protection contre les surcharges (tels que des additifs PTC) et de nouveaux électrolytes ignifuges-.

• Conception des modules :placer des matériaux d'isolation thermique tels que l'aérogel entre les cellules et concevoir des soupapes de ventilation directionnelles et de surpression.

• Intégration du système :concevoir des boîtiers de batteries renforcés et remplir les espaces entre les cellules et les modules avec des matériaux ignifuges -tels que des composés d'enrobage thermiquement isolants.

• Système de gestion de batterie (BMS) :empêchant l'emballement thermique grâce à une surveillance plus précise de la tension, du courant et de la température et à des algorithmes avancés.

Machine de test BMSest utilisé pour tester et vérifier les performances des systèmes de gestion de batterie, simuler les conditions réelles de fonctionnement de la batterie et automatiser les tests de diverses fonctions du BMS pour garantir sa fiabilité, sa sécurité et sa stabilité.

Les batteries au lithium fer phosphate présentent un avantage significatif en termes de résistance aux températures élevées, car elles présentent une température de déclenchement d'emballement thermique plus élevée et une combustion plus douce.

Cependant, pour atteindre une densité énergétique plus élevée, des mesures sont nécessaires pour améliorer la sécurité des batteries au lithium ternaire, ce qui augmente encore le coût des cellules des batteries au lithium ternaire. Par conséquent, les véhicules électriques équipés de batteries au lithium ternaire sont plus chers que ceux équipés de batteries au lithium fer phosphate car le coût est plus élevé.

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