Les batteries au lithium servent de support de stockage d'énergie dans les systèmes de stockage commerciaux et industriels, et l'efficacité, les coûts et la durabilité des solutions énergétiques dépendent de l'efficacité opérationnelle des batteries. Pour les entreprises soucieuses d'une alimentation énergétique stable, le défi technique consistant à prolonger la durée de vie en cycles des batteries au lithium est essentiel pour une utilisation énergétique respectueuse de l'environnement.

En tant que première entreprise de l'industrie et du domaine du stockage d'énergie commercial à accompagner et à témoigner de l'évolution du stockage d'énergie par batteries lithium de la première à la quatrième génération, Origotek Co. Ltd, grâce à ses 16 années de profonde expertise dans le secteur du stockage d'énergie industriel et commercial, a conçu des solutions énergétiques sur mesure. Ce faisant, nous avons contribué à équilibrer les besoins énergétiques et la durée de vie des batteries dans les domaines de l'écrêtage des pics de charge, de l'alimentation électrique de secours et des centrales électriques virtuelles, tout en apportant des optimisations ciblées sur les performances des batteries. Dans cet article, les pratiques industrielles et les innovations technologiques seront combinées pour illustrer les facteurs clés de réduction du cycle de vie des batteries lithium ainsi que les bonnes pratiques industrielles en matière de durée de cycle.

1. Facteurs principaux affectant la durée de cycle des batteries lithium

La durée de vie en cycles d'une batterie au lithium est définie comme le nombre de cycles de charge-décharge que la batterie peut subir avant d'atteindre une capacité égale à 80 % de sa capacité initiale. Une norme industrielle de 80 % est établie pour définir les capacités de durée de vie en cycles. Cette métrique repose sur plusieurs aspects interdépendants, et la capacité à décrire précisément ces différents aspects est fondamentale pour prolonger la durée de vie d'une batterie.

1.1 Dégradation du matériau des électrodes

Les électrodes positive et négative des batteries au lithium sont les sites principaux d'intercalation et de désintercalation des ions lithium. Au fil de nombreux cycles, la structure cristalline du matériau de l'électrode (oxyde de cobalt et de lithium, phosphate de fer et de lithium, etc.) s'effondre, et le nombre d'ions lithium disponibles diminue. Par exemple, dans le cas de produits de stockage d'énergie disponibles sur le marché soumis à un courant de charge élevé sur une longue période, la formation de « lithium mort » sur l'électrode négative est accélérée. Le « lithium mort » désigne des ions lithium qui ne peuvent plus se réinsérer dans l'électrode positive, ce qui réduit considérablement la capacité et la durée de vie en cycles de la batterie.

1.2 Erreurs de gestion de la charge-décharge

L'une des raisons les plus courantes de réduction de la durée de vie de la batterie est le mauvais réglage des paramètres de charge-décharge. La surcharge (perte de contrôle de la tension) peut provoquer la décomposition de l'électrolyte ainsi que l'oxydation des matériaux des électrodes, et la décharge excessive (perte de contrôle en dessous de la tension de coupure) cause des dommages irréversibles à l'électrode négative. Dans des situations réelles, certaines entreprises négligent la correspondance entre les spécifications de la batterie et l'équipement de charge, ce qui entraîne des situations de surcharge/surdécharge. Cela est particulièrement préjudiciable à la durée de cycle des systèmes de batteries installés à des fins industrielles et commerciales.

1.3 Fluctuations des températures ambiantes

La régulation de la température est une caractéristique importante des systèmes de batteries au lithium. Lorsque la température dépasse 45 °C, les électrolytes de la batterie deviennent très fluides et des réactions secondaires se produisent, notamment une décomposition indésirable de l'électrolyte et une corrosion de l'électrode. Dans l'autre extrême, à des températures inférieures à 0 °C, le mouvement des ions lithium est figé et l'intercalation est incomplète, ce qui entraîne une augmentation de la résistance interne. Dans les cas extrêmes où la température des systèmes de batteries n'est pas contrôlée, la durée de vie en cycles de la batterie peut être réduite de 30 à 50 %, ce qui constitue un problème majeur pour le stockage d'énergie ainsi que pour les applications industrielles et commerciales, compte tenu des diversités géographiques.

2. Stratégies techniques pour maximiser la durée de vie en cycles des batteries au lithium

La société Origotek Co., Ltd. a intégré les efforts d'optimisation découlant des facteurs susmentionnés dans la recherche, le développement et la conception de ses produits de stockage d'énergie industriels et commerciaux de quatrième génération. Ces stratégies visent à améliorer la durée de vie en cycles de la batterie tout en maintenant la stabilité dans des scénarios d'application complexes.

2.1 Optimiser la formulation du matériau des électrodes

Pour les produits de quatrième génération, nous avons modifié les proportions des matériaux des électrodes en ajoutant de faibles quantités de niobium à l'électrode positive afin de renforcer la stabilisation de la structure cristalline, et en appliquant un revêtement de carbone poreux sur l'électrode négative pour minimiser la formation de « lithium inactif ». Cela a permis d'augmenter la durée de vie en cycles de nos batteries de stockage d'énergie industrielles et commerciales de plus de 20 % par rapport à la troisième génération, dépassant désormais 6 000 cycles dans des conditions standard de charge-décharge.

2.2 Mettre en œuvre une gestion intelligente de la charge et de la décharge

Pour les applications industrielles et commerciales, nous avons personnalisé un système de gestion de charge et de décharge (C&DMS) qui détermine et adapte indépendamment les paramètres de courant et de tension pour tout état de charge (SOC) et scénario de température.
• Pendant la charge, lorsque le SOC atteint 80 % ou plus, le système passe en courant constant afin d'éviter la surcharge.
• Pendant la décharge, le circuit est coupé lorsque le SOC atteint 20 % ou moins afin d'éviter la décharge excessive.
• Il est intégré pour communiquer en temps réel avec le système de gestion de l'énergie et permet une réduction optimisée des pics selon le SOC, améliorant ainsi la stratégie de charge et de décharge pour les opérations programmées de centrales électriques virtuelles.

2.3 Adoption de la technologie de contrôle actif de la température

Tous nos systèmes de stockage d'énergie industriels et commerciaux disposent de fonctionnalités d'équilibrage thermique. Ainsi, les systèmes de stockage d'énergie intègrent un système actif de température à deux modes, comprenant des fonctions de refroidissement et de chauffage.
• Dans des conditions de haute température, le refroidissement par échangeurs thermiques liquides régulés en température maintient la batterie à une température comprise entre 25 et 35 °C.
• Dans des conditions de basse température, un chauffage PTC avec échangeur réchauffe les batteries et les maintient au-dessus de 5 °C. Plus précisément, avant la charge, le réchauffage de la batterie est effectué jusqu'à ce que celle-ci dépasse 5 °C, permettant ainsi l'intercalation du lithium.

Cela améliore considérablement la durée de vie et la fiabilité des systèmes dans des conditions de températures extrêmes.

3. Application de stratégies d'allongement de la durée de vie dans le stockage d'énergie industriel et commercial

En matière d'utilisation durable de l'énergie dans des contextes industriels et commerciaux, les batteries à longue durée de vie ne constituent qu'un élément de la solution. L'intégration de la gestion de la batterie et de la demande énergétique est essentielle. Cela a été validé par Origotek Co., Ltd. dans plusieurs exemples d'utilisation client.

Par exemple, dans le projet personnalisable de centrale virtuelle à stockage d'énergie en Shandong (10 MWh), l'optimisation des stratégies de durée de vie des batteries a fait une différence considérable. Grâce à un système intelligent de gestion de batterie (BMS) et à un système de contrôle thermique, la durée de cycle des batteries a été maintenue à plus de 90 % par rapport à l'état initial après 2 ans (plus de 1 500 cycles). L'efficacité de dispatching énergétique du client a augmenté de 15 %, et le coût total de remplacement des batteries a baissé d'environ 40 %.

Dans un autre projet de délestage en pointe à Tianjin pour une entreprise manufacturière, nos produits de stockage d'énergie industriels et commerciaux de quatrième génération ont adapté les rythmes de charge et de décharge selon les plannings de production de l'entreprise, aidant ainsi celle-ci dans sa transition énergétique. Le système de batteries fonctionne de manière stable depuis 4 ans et soutient sans interruption les efforts de transformation énergétique de l'entreprise.

Conclusion

La durée de vie en cycles des batteries au lithium est atteinte lorsque la technologie des matériaux est intégrée, qu'une gestion intelligente est mise en place et que tous les facteurs environnementaux sont pris en compte. D'un point de vue pratique, la réduction du coût du stockage d'énergie et la prolongation de la durée de vie de la batterie représentent une solution gagnant-gagnant pour les entreprises industrielles et commerciales dans l'écosystème.

Sur le marché du stockage d'énergie pour usage industriel et commercial, les compétences et expertises solidement acquises par The Origotek Co., Ltd resteront concentrées sur la conception de solutions personnalisées d'optimisation des performances des batteries, conformément à l'itération de la quatrième génération de systèmes de stockage d'énergie. Nous continuerons d'accompagner nos clients des secteurs industriel et commercial dans leur parcours d'investissement dans la durabilité énergétique et dans les sociétés des pays en développement.