Zyklische Alterung von Lithium-Ionen-Batterien – Einführung und Temperatur

Der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien nimmt in der heutigen Zeit in verschiedenen Bereichen rasant zu, was das Verständnis ihres Alterungsverhaltens erfordert. Die Alterung der Batterie ist entweder mit der kalendarischen Alterung oder der zyklischen Alterung verbunden. Die kalendarische Alterung bezieht sich auf die Alterung der Batterie, während sie im Regal gelagert und nicht verwendet wird, während sich die Zyklusalterung auf die Alterung während des Lade-/Entladevorgangs der Batterie, dh ihrer Nutzung, bezieht. Ersteres hängt insbesondere von Temperatur und Ladezustand (SOC) ab, letzteres hat die zusätzlichen Faktoren Stromstärke und Lade- bzw. Entladeschlussspannungen.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Die Zyklusalterung ist im Vergleich zur kalendarischen Alterung noch nicht sehr erschöpft, aber ein Punkt der Verschmelzung ist, dass eine höhere Stromrate die Alterung einer Batterie beschleunigt. Betrachtet man die Ursache der Alterung von Lithium-Ionen-Batterien aus chemischer Sicht, sind Veränderungen der Grenzfläche Elektrode/Elektrolyt in der negativen Elektrode die Hauptursache. Eine Festelektrolytgrenzfläche ist sowohl für den Kapazitätsschwund als auch für den Widerstandsanstieg verantwortlich. In diesem Beitrag wird die zyklische Alterung von Lithium-Ionen-Batterien in Bezug auf Strom- und Temperaturfaktor untersucht und mit der Angabe der erforderlichen Betriebstemperatur gekrönt.

Einfluss des Stroms auf die Zyklenalterung von Lithium-Ionen-Batterien

Es gibt nur wenige Studien, die in Bezug auf die Wirkung von Strom auf Lithium-Ionen-Batterien durchgeführt wurden. Das Ergebnis der durchgeführten Tests zeigt, dass selbst bei geregelter Raumtemperatur bei hohen Stromstärken die Temperatur der Batterie proportional ansteigt, wodurch eine temperatur- oder strombedingte Alterung schwer zu erkennen ist. In einigen Studien wurde die Batteriealterung jedoch als Funktion der Lade- und Entladerate betrachtet. Im Folgenden sind die Auswirkungen von Strom auf die Zyklenalterung von Batterien aufgeführt;

1. Niedrigere Ströme führen zu niedrigen Zellentemperaturen, und ein langsam ladender Akku befindet sich gegen Ende des Ladevorgangs in einem guten Zustand und altert daher mäßig.

2.Hohe Ströme haben einen großen Einfluss auf die Alterung. Im Vergleich zu den Entladeströmen altern hohe Ströme die Batterie schneller. Temperatur und Stromstärke sind nahezu untrennbar miteinander verbunden, da die Akkutemperatur von der Stromstärke abhängig ist. Alterung aufgrund hoher Spannung kann die Varianz der Alterung während des Ladens und Entladens erklären, indem die interne Spannung der Batterie berücksichtigt wird, die höher als die während des Entladens angelegte und während des Ladens niedrig ist.

3.Lange Ladezeiten, auch bei nur geringen Stromstärken, fördern die Lithium-Beschichtung. Lithiumplattierung ist eine Reaktion, bei der metallisches Lithium auf dem Negativ gebildet wird, anstatt sich darin einzulagern. Diese Ansammlung kann zu Dendritenwachstum führen, was zu einem internen Kurzschluss führen kann.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Wie wirkt sich die Temperatur auf Lithium-Ionen-Akkus aus?

Die Temperatur- und Wärmeentwicklung ist ein wichtiger Aspekt bei der Betrachtung der Leistung, Sicherheit und Alterung von Lithium-Ionen-Batterien. Die Temperaturen, unter denen Lithiumbatterien betrieben werden, müssen kontrolliert werden, da ihre Sicherheit und Gesundheit von Temperaturversagen abhängen, die zu katastrophalen Situationen wie Feuer führen können. Die Temperatur beeinflusst auch die Leistung von LiB im Laufe der Zeit, entweder verlängert oder verkürzt die Lebensdauer. In jedem Fall ist eine hohe oder eine niedrige Temperatur nicht gut für die Gesundheit der Batterien, und dies wird wie folgt angezeigt;

1.Eine Temperaturerhöhung beeinflusst die chemische Reaktion im Inneren der Batterie. Eine Temperaturerhöhung bewirkt eine entsprechende katalytische Wirkung bei den chemischen Reaktionen. Lithium-Ionen-Akkus haben eine hohe Leistung und eine erhöhte Lagerfähigkeit bei höheren Temperaturen. Der Nebeneffekt dieser Leistungssteigerung ist die Verschlechterung der Lebensdauer der Batterie im Laufe der Zeit. Die Lebensdauer kann durch längere Einwirkung von hohen Temperaturen stark verkürzt werden. Hohe Temperaturen führen zu einer zusätzlichen und beschleunigten SEI-Bildung und damit zu einem Kapazitätsverlust.

2. Die Kälteexposition von Lithiumbatterien hat auch einen großen Einfluss auf die Batterieleistung und -sicherheit. Der Innenwiderstand des Akkus steigt mit sinkender Temperatur und erfordert mehr Kraft zum Laden des Akkus, wodurch die Kapazität sinkt.

Das Verständnis und die Kontrolle von Temperatur und Alterung beim Betrieb von Batterien ist daher ein multiskaliges Problem, das die Mikro-/Nanoskala innerhalb einzelner Materialschichten bis hin zu riesigen, miteinander verbundenen LIB-Packs umfasst. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Zyklusalterung mit der Temperatur abnimmt, wenn man die nutzungsabhängige und die nutzungsunabhängige Batteriealterung vergleicht.

Betriebstemperaturbereich der LiB-Batterie

Beim Laden von Lithium-Ionen-Akkus sollten die Temperaturen auf ca. 18-21°C eingestellt werden. Das Aufladen einer kalten Batterie sollte vermieden werden, da die Zellen insbesondere während der kalten Wintersaison beschädigt werden. Lassen Sie den Akku zunächst auf Raumtemperatur erwärmen, um ihn bei Raumtemperatur und unter optimalen Bedingungen aufzuladen. Platzieren Sie Ihren Akku niemals an einem heißen sonnigen Tag, da der LiB bei 60°C an Kapazität und Fähigkeiten verliert und somit den Akku beschädigt.

Lithiumbatterien hingegen sollten bei Temperaturen von 10 bis 55 °C eingesetzt werden. Die ladefreundliche Innentemperatur des Akkus liegt zwischen 5 und 45 °C. Ein Sensor wird auf der Batterie platziert, um sicherzustellen, dass der Ladevorgang die erforderliche Reichweite nicht überschreitet.

Nicht verwendete Batterien sollten kühl und nicht in der Kälte gelagert werden. Auch im unbenutzten Zustand verlieren Batterien ihre Energie. Der Verlust variiert bei Lithium-Ionen-Batterien jeden Monat um etwa 3 bis 5 %.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass viele Faktoren den Alterungsprozess beeinflussen, darunter SoC-Level, Lade-/Entlade-Grenzspannungen, Temperatur und Stromfluss. Aufgrund von Verlusten innerhalb der Batterie hat die Stromstärke einen direkten Einfluss auf die Batterietemperatur. Insbesondere hohe Lade-/Entladeströme führen zu einer deutlichen Erhöhung der Batterietemperatur.

Für den effektiven Einsatz von LIBs in diesen Marktsektoren sind jedoch hohe Energie-, Leistungs- und Schnellladeraten erforderlich; dies ist in der Regel mit einer enormen Wärmeentwicklung und einer ungleichmäßigen Stromverteilung verbunden. Da Reaktionsraten und Diffusivität temperaturempfindlich sind, führt dies zu Sicherheitsproblemen, reduzierter Leistung und Problemen mit der Langzeitbeständigkeit. Thermomanagementsysteme dienen dazu, die Temperatur der Batterie in einem idealen Bereich zu regeln, mit dem Ziel einer gleichmäßigen Temperaturverteilung. Neben der reversiblen Wärme ist die erzeugte Wärme ein Indikator für verlorene Arbeit während des Lade- und Entladevorgangs.