Lithiumbatterie-Passivierung

Was ist die Passivierung von Lithiumbatterien?

Passivierung ist ein Phänomen, das Lithiumbatterien betrifft. Im Allgemeinen ist die Passivierung ein Dünnschichtfilm aus Lithiumchlorid (LiCl), der sich auf der Oberfläche der Lithiumanode bildet. Lithiumchlorid ist eine hochohmige Filmschicht zwischen den Elektroden. Dieser Film dient als Schutz für die Lithiumanode vor dem Entladen von selbst, wenn die Last außerhalb der Zelle entfernt wird. Dieser Film aus Lithiumchlorid ist der Grund, warum Lithiumbatterien eine lange Haltbarkeit haben, die über einen Zeitraum von zehn Jahren liegen kann.

Die Passivierung kann zu einer Spannungsverzögerung führen, wenn die Zelle belastet wird.

Was sind die Merkmale der Lithiumbatterie-Passivierung?

Passivierung hat einzigartige Eigenschaften in Lithiumbatterien. Wissenschaftler haben diese Eigenschaften untersucht und in vier Aspekte unterteilt.

· Durch Passivierungsschicht induzierte Polarisation.

· Langfristig niedrige Entladungsraten.

· Chemie der Lithiumpassivierungsschicht.

· Kinetik des Passivierungsschichtwachstums.

Bei der Untersuchung der Polarisation wurde gezeigt, dass auf eine anfängliche Polarisation (die Verzögerung der Spannung) in einigen Fällen eine weitere "sekundäre" Polarisation folgte.

Bei der Untersuchung der Auswirkungen langfristiger niedriger Entladungsraten auf die Lithiumbatterie wurde festgestellt, dass gesetzliche Entladungsraten die Lithiumpassivierungsschicht veränderten. Diese Änderung führte zu einer erhöhten Lithiumkorrosionsrate, wodurch die Zellkapazität verringert wurde.

Es wurde auch festgestellt, dass der Abbau umso größer war, je höher die Temperatur wurde.

Die Untersuchung der Chemie und Kinetik der Lithiumpassivierungsschichten zeigte einige charakteristische Ergebnisse. Es wurde festgestellt, dass eine dünne Schicht als erste "Primärschicht" gebildet wurde, die für die Passivierung verantwortlich ist. Eine weitere dickere poröse Schicht wurde später in der ersten Schicht gebildet. Diese Sekundärschicht wurde aufgrund der Teilentladung gebildet. Es resultierte aus der Ausfällung der Lithiumkorrosionsprodukte. Es wurde gefunden, dass es Verbindungen wie Li2S2O4, Li2S2O5 und Li2SnO6 enthält, wobei n immer größer als zwei ist.

Die erste "primäre" Schicht ist für die anfängliche Spannungsverzögerung in der Zelle (Polarisation) unter Last verantwortlich. Während die zweite poröse Schicht für das Induzieren einer zweiten Polarisation verantwortlich ist, die die Entladung mit hoher Rate hemmt.

Wenn eine Zelle belastet wird, bewirkt die Passivierungsschicht mit hohem Widerstand, dass die Spannung der Zelle abfällt. Die Entladungsreaktion arbeitet langsam daran, diese Passivierungsschicht zu entfernen, und dadurch wird der Innenwiderstand der Zelle verringert. Dieser Prozess bewirkt, dass die Spannung der Zelle einen neuen gewünschten Spitzenwert erreicht, der konstant bleibt, wenn keine anderen Änderungen auftreten.

Wenn die Last entfernt wird, wird die Passivierungsschicht wieder gebildet.

Beachten Sie, dass eine hohe Belastung der Lithiumzellen zu einer Erhöhung der Spannungsverzögerung führen kann, wodurch die Passivierung erhöht wird.

Im Allgemeinen betrifft die Passivierung die meisten Benutzer von Lithiumbatterien nicht. Es gibt jedoch bestimmte Aspekte, bei denen Passivierung Probleme verursachen oder sogar tödlich sein kann. Deshalb ist es immer am besten, den Hersteller der Batterie zu konsultieren.

Welche Auswirkungen hat die Passivierung von Lithiumbatterien?

Passivierung ist bei Lithiumbatterien wichtig. Ohne sie können Lithiumbatterien nicht gelagert werden. Dies liegt daran, dass das auf der Oberfläche erzeugte Lithiumchlorid sehr kompakt ist, was die Reaktion von Lithium und Thionylchlorid weiter verhindert. Dieser Vorgang macht die Selbstentladung innerhalb der Batterie sehr gering. Auf diese Weise kann die Haltbarkeit der Lithiumbatterie über einen Zeitraum von zehn Jahren betragen. Zusammenfassend kann die Passivierung die Batteriekapazität schützen und gleichzeitig die Batterie vor Kapazitätsverlust schützen.

Es gibt auch einige unerwünschte Effekte für die Passivierung wie:

· Wenn Sie versuchen, eine Lithiumbatterie zu verwenden, die einige Zeit gelagert wurde, ist die anfängliche Arbeitsspannung der Batterie niedrig. Darüber hinaus dauert es einige Zeit, bis diese Spannung den erforderlichen Wert erreicht. Dieses Phänomen wird als "Spannungspassivierung" bezeichnet.

· Die Passivierung wirkt sich nicht auf Anwendungen aus, bei denen keine große Änderung des Stroms erforderlich ist. Für Anwendungen, die große Änderungen oder versehentliche Änderungen am Strom erfordern, ist die Passivierung jedoch ein schwerwiegender Fehler in diesem System.

· Passivierung kann zu großen Kapazitätsverlusten führen und die Auslastung des Akkus verringern, wenn er länger als 6 Monate nicht verwendet wird. Aus diesem Grund bleibt der Akku alle drei bis sechs Monate nutzbar und die Nutzungsrate beträgt bis zu 90%.

Die in den Lithiumbatterien gebildete Passivierungsschicht kann auf ein Minimum gehalten werden, indem entweder eine kontinuierliche Entladung mit niedrigem Strom oder eine periodisch hohe Stromentladung angelegt wird, während die Batterie gelagert wird. Dieser Vorgang verkürzt jedoch die erwartete Haltbarkeit der Batterie.

Für Anwendungen, bei denen die Batterien längere Zeit gelagert werden müssen, z. B. ein Waffensystem und ein Kommunikationssystem. In diesen Fällen kann der Akku auf diese Weise alle sechs Monate aktiviert werden. Spannungspassivierung kann gelöst werden.

Bei Lithiumthionylchlorid-Batterien tritt bei Lagerung eine Passivierung auf. Für diese Arten von Batterien müssen sie vor der Verwendung des "Depassivierungsprozesses" aktiviert werden.

Der Depassivierungsprozess muss wie folgt erfolgen:

Die Belastung zur Depassivierung muss das Zweifache des Arbeitsstroms betragen.

Die Zeit der Depassivierung hängt von der Zeit ab, in der die Batterie gelagert wird:

· 15 Sekunden für eine Batterie, die drei Monate gelagert wird.

· 30 Sekunden für eine Batterie, die sechs Monate gelagert wird.

60 Sekunden für eine Batterie, die zwölf Monate gelagert wird.