Lithium-Ionen-Batterie-Abbau-Mechanismen-Wissenschaft Magie

Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich durch eine höhere gravimetrische und volumetrische Energiedichte aus und sind eine der bekanntesten und sich ständig weiterentwickelnden Energiespeichertechnologien. Sie sind auch bekannt, insbesondere für ihre mobilen Anwendungen. Die begrenzte Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien verhindert jedoch deren längere Verwendung in Anwendungen, die einen festen Energiespeicher erfordern. Um eine breitere Durchdringung des Lithium-Ionen-Batteriemarktes zu ermöglichen, ist ein detailliertes Verständnis der Degradationsmechanismen erforderlich. Eine typische Lithium-Ionen-Batterie besteht aus aktivem Material, einem Bindemittel, einem Separator, einem Stromkollektor und einem Elektrolyten. Und die Wechselwirkung zwischen diesen Komponenten spielt eine entscheidende Rolle für den ordnungsgemäßen Betrieb der Batterien. Der Abbau von Lithium-Ionen-Batterien kann sowohl chemischen als auch mechanischen Ursprungs sein und kann durch Kapazitätsverlust, Leistungsabfall oder beides empfunden werden.

Die Vorhersagemodelle für die Lebenserwartung von Lithium-Ionen-Batterien müssen eine Vielzahl von elektrochemischen, mechanischen und thermischen Verschlechterungsmodi berücksichtigen, die bei Batterien in ihren Anwendungsumgebungen auftreten. Lithium-Ionen-Batterien können je nach Lagerung und Zyklusverlauf der Einsatzumgebung auch unterschiedliche Verschlechterungsverläufe aufweisen. Die Abbauraten werden durch Faktoren wie den Temperaturverlauf, das elektrochemische Betriebsfenster und die Lade- oder Entladerate gesteuert.

Definition von Mechanismen zum Abbau von Lithium-Ionen-Batterien

Mechanische Abbau-Mechanismen können als Volumenänderungen und Spannungen beschrieben werden, die durch die wiederholte Interkalation von Li-Ionen in ein aktives Material erzeugt werden. Chemische Abbau-Mechanismen sind jedoch mit parasitären Nebenreaktionen wie der Bildung von Festelektrolyten verbunden Interphase, Zersetzung oder Reduktion von Elektrolyten und Auflösung des aktiven Materials.

Die meisten Batterieprobleme sind hauptsächlich chemische Probleme. In einer normalen oder gesunden Batterie ist der Ionenfluss konstant zwischen der Kathode und der Anode. Durch Laden der Batterie werden die Ionen von den Kathodenionen zur Anode gedrückt. Dieser Fluss wird jedoch umgekehrt, wenn die Batterie verwendet wird.

Mit der Zeit verschleißt der Prozess die Kathode, was zu einer Verringerung ihrer Kapazität führt. Ein High-End-lithium-polymer-akku verliert nach etwa 1000 Ladezyklen wahrscheinlich etwa 20% seiner Kapazität. Sie können sich das auch anders vorstellen; Für jedes Mal, wenn Sie Ihren li-ionen-akku aufladen, sparen Sie einige Sekunden seiner akkulaufzeit. Diese Verschlechterung kann auch beschleunigt werden, wenn die Batterie unregelmäßig aufgeladen und erwärmt wird.

Gesundheitszustand der Lithium-Ionen-Batterie

Die Bewertung des Gesundheitszustands (SOH) von Lithium-Ionen-Batterien ist eine große Herausforderung auf dem Weg zum Aufbau eines effizienten Batteriesystems mit optimaler Leistung.

Der SOH ist ein "Maß", das den Gesamtzustand einer Batterie und die Fähigkeit der Batterie widerspiegelt, die angegebene Leistung oder Leistung im Verhältnis zu einer neuen Batterie zu liefern. Faktoren wie Ladungsakzeptanz, Spannung und Selbstentladung, Innenwiderstand usw. werden bei der Betrachtung des SOH berücksichtigt. Dies ist ein Maß für die Langzeitkapazität der Batterie und nur ein "Vorschlag", kein absolutes Maß für die Menge an Lebensenergie, die anfänglich in der Batterie vorhanden ist, und die verbleibende Menge. Wenn wir die Automobilanalogie verwenden, kann der SOH einer Lithium-Ionen-Batterie mit einer "Kilometerzähler" -Anzeigefunktion verglichen werden, die verwendet wird, um den Kilometerstand und die Entfernung anzuzeigen, die das Fahrzeug seit seiner Neuheit zurückgelegt oder zurückgelegt hat.

Während einer Lebensdauer der Lithium-Ionen-Batterie verschlechtert sich die Leistung oder der "Gesundheitszustand" der Batterie zunehmend aufgrund irreversibler chemischer und physikalischer Veränderungen, die im Laufe der Zeit bei der Verwendung auftreten, bis die Batterie nicht mehr verwendet werden kann.

Der Gesundheitszustand einer Lithium-Ionen-Batterie ist ein Hinweis auf das Stadium oder den Punkt im Lebenszyklus der Batterie, sodass eine Vorstellung davon entsteht, was noch übrig ist oder was zu erwarten ist.

Im Gegensatz zum Ladezustand (SOC), der einfach durch Messen der tatsächlichen Ladung der Batterie bestimmt werden kann, gibt es möglicherweise keine absolute Definition des SOH einer Batterie. Dies ist eine subjektive Maßnahme, da verschiedene Personen ihre SOH aus einer Vielzahl von Leistungsparametern der Batterie ableiten und diese möglicherweise nach ihren eigenen Regeln interpretieren. Es ist eher eine Schätzung als eine tatsächliche Messung. Dies kann korrekt sein, solange die Schätzung auf der Grundlage eines Regelwerks erfolgt, das konsistent und messbar ist. Der Vergleich von Schätzungen, die mit mehreren Testgeräten und -methoden vorgenommen wurden, kann jedoch unzuverlässig sein.

Folglich ist nicht bekannt, dass Batteriehersteller SOH bereitstellen, da die von ihnen bereitgestellten Batterien neu sind. SOH gilt nicht für Batterien, bis sie zu altern beginnen oder nachdem sie in Betrieb genommen wurden. Daher werden die SOH-Definitionen vom Hersteller der Testausrüstung oder vom Benutzer festgelegt.

Die wissenschaftlichen Lösungen für den Abbau von Lithium-Ionen-Batterien

Das Problem der Batteriealterung ist sehr empfindlich gegenüber allen Aspekten eines Batteriepacksystems. Aus Sicht eines Zellherstellers könnte eine Verbesserung und Entwicklung der Kathodenverbindung die Batterieleistung und die Zykluszeit verbessern, dies könnte jedoch durch die Anoden der Siliziumverbindung mit höherer Energiedichte ausgeglichen werden, die ein größeres Element des mechanischen Abbaus einführen. Bestimmte alternative chemische Prozesse mit einer viel längeren Lebensdauer sind in der Entwicklung, obwohl dies derzeit auf Kosten der Energiedichte geht.

Das Batteriedesign verbessert sich und beinhaltet das Wissen über das optimale Wärmemanagement von Zellen, was sich zwangsläufig erheblich auf die Lebensdauer der Batterien auswirkt. Die größte Herausforderung könnte jedoch das Batteriemanagementsystem sein, da es die erforderliche Leistung und Leistung bereitstellen muss, um die maximal mögliche Batterielebensdauer für eine bestimmte Zelle sicherzustellen. In dieser Hinsicht und auch bei benutzerdefinierten Ladeprofilen wurden jedoch gute Fortschritte erzielt, um eine Lithiumbeschichtung, eine Temperaturkompensation in Betriebsstrategien und eine intelligente Ladezeit zur Reduzierung des Ladezustands zu vermeiden.

Derzeit wurde jedoch keine Lösung gefunden, die eine akzeptable Batterielebensdauer unter allen Bedingungen garantiert. Dies kann nur durch eine Kombination aus zusätzlichen Verbesserungen des Zelldesigns, Verbesserung des Batteriepacks und Optimierung des Batterieverbrauchs sowie durch ein Verständnis der grundlegenden Alterungsmechanismen der sich abzeichnenden Zellchemie erreicht werden.