Principe de fonctionnement et domaine d'application des batteries lithium-fer-phosphate 

La batterie lithium fer phosphate, nouvellement commercialisée, offre de nombreux avantages : longue durée de vie, haute densité énergétique, sécurité élevée, respect de l'environnement et économie d'énergie. Elle est largement utilisée dans les outils électriques, les systèmes solaires, les drones, les batteries externes, les équipements médicaux et les jouets. Cet article présente en détail l'application et le principe de fonctionnement de la batterie lithium fer phosphate dans les jouets.

1. Structure de base de la batterie lithium-fer-phosphate

Batterie au lithium fer phosphate Elle est principalement composée d'une électrode positive, d'une électrode négative, d'un électrolyte et d'un séparateur. Parmi ces matériaux, le phosphate de fer lithium (LiFePO4) est utilisé pour l'électrode positive, le graphite pour l'électrode négative, l'électrolyte composé d'un solvant organique et d'une solution saline, et le séparateur pour éviter tout contact direct entre les matériaux des électrodes positive et négative. Ces matériaux offrent de meilleures performances que les matériaux de batterie traditionnels. Le phosphate de fer lithium présente une structure cristalline tétraédrique avec une constante de maille de 0,503 nm, ce qui lui confère une cristallinité élevée et une bonne stabilité. De plus, il présente une faible réactivité et une sécurité élevée, ce qui le rend peu susceptible de provoquer des situations dangereuses telles qu'une explosion. Le graphite présente une bonne conductivité électrique et de bonnes propriétés électrochimiques, et il résiste aux environnements à courant et tension élevés.

2. Principe de fonctionnement de la batterie lithium fer phosphate

Lors de la charge d'une batterie lithium-fer-phosphate, les ions lithium Li+ de l'électrode positive migrent vers l'électrode négative via le séparateur polymère ; lors de la décharge, les ions lithium Li+ de l'électrode négative migrent vers l'électrode positive via le séparateur. Les batteries lithium-ion doivent leur nom à la migration des ions lithium lors de la charge et de la décharge.

2.1.1.Principe de charge de la batterie lithium fer phosphate

Français Lorsque la batterie au lithium fer phosphate est chargée, Li+ migre de la surface 010 du cristal de lithium fer phosphate vers la surface du cristal, pénètre dans l'électrolyte sous l'action de la force du champ électrique, traverse le diaphragme, puis migre vers la surface du graphène par électrolyse, puis est intégré dans le réseau de graphène, en même temps, les électrons circulent à travers le conducteur vers l'électrode en feuille d'aluminium de l'électrode positive, à travers la languette, le pôle de la batterie, le circuit externe, le pôle négatif et la languette négative vers le collecteur de courant en feuille de cuivre de l'électrode négative, puis à travers le conducteur vers l'électrode négative en graphite, la charge de l'électrode négative atteint l'équilibre. Une fois les ions lithium désintercalés du lithium fer phosphate, le lithium fer phosphate est converti en phosphate de fer.

2.1.2. Principe de décharge d'une batterie lithium-fer-phosphate

Lors de la décharge de la batterie lithium-fer-phosphate, le Li+ se désintercale du cristal de graphite, pénètre dans l'électrolyte, traverse le diaphragme, puis migre vers la surface du cristal de lithium-fer-phosphate à travers l'électrolyte, puis se réintègre dans le lithium-fer-phosphate à travers la surface 010 du réseau. Parallèlement, le courant circule vers le collecteur en feuille de cuivre de l'électrode négative via le conducteur, puis vers le collecteur en feuille de cuivre de l'électrode positive via la languette, le pôle négatif de la batterie, le circuit externe, le pôle positif et la languette positive, puis vers l'électrode positive du lithium-fer-phosphate via le conducteur, de sorte que les charges à l'électrode positive sont en équilibre.

2.2. Équation de réaction chimique d'un bloc-batterie lithium-fer-phosphate

Réaction positive : LiFePO4 ⇔ Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- ;

Réaction négative : xLi+ +xe- +6C⇔LixC6 ;

La formule de réaction globale : LiFePO4+6xC⇔Li1-xFePO4+LixC6.

3. Avantages de la batterie lithium fer phosphate

Par rapport aux autres types de batteries, les batteries lithium fer phosphate présentent les avantages suivants :

3.1 Longue durée de vie :

La durée de vie des batteries au lithium fer phosphate est bien supérieure à celle des batteries plomb-acide et des batteries nickel-hydrure métallique, et sa durée de vie peut atteindre plus de 2000 fois.

3.2 Densité énergétique élevée :

Les batteries au lithium fer phosphate peuvent être utilisées dans de nombreux domaines nécessitant une densité énergétique élevée, et sa densité énergétique est généralement de 140 à 160 Wh/kg, soit 1,5 fois supérieure à celle des batteries plomb-acide et des batteries nickel-hydrure métallique.

3.3 Haute sécurité :

La réaction chimique de la batterie au lithium fer phosphate est plus stable et le risque d'emballement thermique est plus faible, il n'est donc pas facile de provoquer des problèmes tels qu'une explosion et un incendie.

3.4 Protection de l’environnement et économie d’énergie :

Il n'est pas nécessaire d'ajouter des métaux lourds dans la composition des batteries au lithium fer phosphate, et il y a peu de pollution environnementale, que ce soit pendant l'utilisation ou après les gaz d'échappement ; et il peut également utiliser efficacement l'énergie électrique pour atteindre l'objectif d'économie d'énergie.

3.5 Bonne adaptabilité à la température :

Les batteries au lithium fer phosphate peuvent fonctionner normalement dans des environnements de température relativement difficiles (-20°C à 60°C).

3.6 Pas d’effet mémoire :

Il n'y a pas d'effet mémoire lorsque la batterie au lithium fer phosphate est chargée et déchargée.

3.7 Vitesse de charge rapide :

La batterie lithium-fer-phosphate se charge en 1 à 2 heures, ce qui est plus rapide qu'une batterie classique.

4. Domaine d'application de la batterie lithium fer phosphate

Batterie au lithium fer phosphate peut être largement utilisé dans les jouets à hautes performances, tels que les voitures télécommandées, les bateaux télécommandés, les avions télécommandés, etc.

4.1 Voiture, bateau et avion télécommandés

La batterie lithium-fer-phosphate offre une puissance suffisante pour les voitures télécommandées, leur permettant ainsi une autonomie plus longue et de meilleures performances que les batteries classiques, comme les batteries lithium-fer-phosphate 12 V 9 Ah. Elle a également pour avantage d'offrir une durée de vie plus longue que les batteries classiques, ce qui réduit le nombre de remplacements de batteries pour les voitures télécommandées.

Le boîtier de la batterie lithium-fer-phosphate est généralement fabriqué à partir de matériaux imperméables pour une meilleure étanchéité. De plus, l'électrolyte à l'intérieur de la batterie est un solvant organique peu sensible à l'humidité, ce qui lui confère une excellente étanchéité. Grâce à leur longue durée de vie, les batteries lithium-fer-phosphate sont plus adaptées aux bateaux télécommandés que les autres batteries traditionnelles.

Les batteries lithium-fer-phosphate sont généralement plus de deux fois plus légères que les batteries traditionnelles et leur légèreté est idéale pour les avions télécommandés. Parallèlement, elles fournissent une énergie stable à l'avion télécommandé, lui permettant de voler longtemps.

4.2 Lumière solaire

Le circuit des lampes solaires est généralement composé de convertisseurs photoélectriques, de batteries, de LED et d'autres composants. Parmi eux, la batterie lithium-fer-phosphate, cœur de la batterie, joue un rôle important dans le stockage de l'énergie électrique et l'alimentation. Lors de l'utilisation de la lampe solaire, la batterie lithium-fer-phosphate peut être chargée par le contrôleur de charge solaire afin de garantir une charge complète et sans surcharge. Parallèlement, la luminosité et l'allumage de la lampe LED sont contrôlés par le circuit de commande LED.

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