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#Neues aus der Industrie
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Übersicht über die Alterung von Power-Lithium-Batterien
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Übersicht über die Alterung von Lithium-Batterien
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Die Zyklenlebensdauer von Lithium-Batterien ist seit jeher einer der wichtigsten Parameter für Käufer von Elektrofahrzeugen. Wie wird eine Lithium-Batterie alt?
Alterung erscheint immer zusammen mit Ausfall, aber um genau zu sein, sind Alterung und Ausfall zwei Konzepte. Die Alterung, die sich auf die Verschlechterung der Leistungsparameter der Batterie im Laufe der Zeit bezieht, ist ein quantitativer Prozess, und die Parameter beziehen sich hauptsächlich auf die maximal verfügbare Kapazität, den Innenwiderstand und die Leistung der Batterie. Ausfall, ist der Prozess der Batterie vollständig verloren die Fähigkeit zu arbeiten, relativ kurz in der Zeit, ist eine qualitative Veränderung. Die Akkumulation der Alterung ist eine wichtige Ursache für den Ausfall.
Faktoren, die die Alterung beeinflussen
Die beste Arbeitstemperatur der Leistungsbatterie ist 15℃-35℃, aber in täglichen Anwendungen ist es unmöglich, die Bedürfnisse der Batterie vollständig zu erfüllen, daher ist das häufigste Szenario, das die Batteriealterung beeinflusst, hohe Temperatur, niedrige Temperatur.
Neben der Umgebung spielen auch die Betriebsparameter der Batterie eine Rolle bei der Beschleunigung oder Verlangsamung der Alterung, so dass die Wahl der Zelllade- und Entladeparameter einen erheblichen Einfluss hat.
Unter der Einwirkung der oben aufgeführten externen Faktoren treten während der elektrochemischen Reaktion Batterieelektrodenmaterialien und andere Nebenreaktionen als das normale Laden und Entladen auf, was zum Auftreten der Alterung führt.
Typischer Alterungsprozess
Die spezifischen Details des Alterungsprozesses hängen eng mit der Wahl der positiven und negativen Elektrodenmaterialien, der Elektrolyte und des Diaphragmas zusammen, daher wird in diesem Artikel der Alterungsprozess in Ontario erklärt und auf spezifische Materialien vorerst nicht näher eingegangen.
Hochtemperatur-Alterung
50℃ bis 60℃ ist die obere Grenze des Arbeitstemperaturbereichs, den allgemeine Lithiumbatterien zulassen. Wenn die elektrochemische Reaktion bei einer höheren Temperatur durchgeführt wird, ist der Elektrolyt aktiver und anfälliger für Zersetzungsreaktionen, und die Zersetzungsprodukte verbinden sich mit dem Kathodenmaterial, was zum Verbrauch des Kathodenmaterials führt; das Material der Kathodenstruktur wird korrodiert, die Gitterstruktur bricht mangels ausreichender Materialunterstützung zusammen, der Leerraum für Lithiumionen wird reduziert, und die Fähigkeit der Kathode, Lithiumionen aufzunehmen, nimmt ab, wodurch die Batteriekapazität einen Verlust erleidet.
Gleichzeitig können die vom Kathodenmaterial reflektierten Produkte, die im Elektrolyten wandern, an der Oberfläche der positiven und negativen Elektroden haften. Die Elektrodenoberfläche wird von Substanzen bedeckt, die nicht am Lade- und Entladeprozess teilnehmen können, was den reibungslosen Ablauf der elektrochemischen Prozesse behindert und den Innenwiderstand der Zelle erhöht.
Die Auswirkung des Hochtemperaturprozesses auf die Alterung tritt hauptsächlich an der positiven Elektrode auf, und die Auswirkung auf die negative Elektrode macht einen relativ kleinen Prozentsatz aus.
Alterung bei niedriger Temperatur
Wenn die Umgebungstemperatur unter 0℃ liegt, beginnt die Leistung der Li-Ionen-Batterie durch niedrige Temperaturen erheblich beeinträchtigt zu werden.SIE-Film, ein Passivierungsfilm, der durch die Reaktion zwischen negativem Elektrodenmaterial und Elektrolyt im Prozess der Kernbildung erzeugt wird, hat einen Schutzeffekt auf das negative Elektrodenmaterial.
Die Verdickung des SEI-Films erschwert es den Lithiumionen, die Filmschicht zu durchqueren und die Kathode zu erreichen, was in Kombination mit der reduzierten Konzentration an leitfähigen Lithiumionen den Innenwiderstand der Zelle erhöht.
Beim Laden bei niedriger Temperatur, insbesondere wenn der Ladestrom relativ hoch ist, tritt eine weitere Nebenreaktion an der negativen Elektrode auf - die Ausfällung von Lithiummonomeren. Bei niedrigen Temperaturen nimmt die Lithium-Ionen-Aktivität ab und lädt sich kaum auf, was dazu führt, dass sich überschüssige Lithium-Ionen um die negative Elektrode herum sammeln und nicht in der Lage sind, den SEI-Film zu durchqueren, um die Einbettung der negativen Elektrode zu erreichen, und sich dann auf der Oberfläche der negativen Elektrode ablagern und eine reine Lithiumschicht bilden. Dieser Prozess neigt dazu, während des Ladens bei zu niedriger Temperatur aufzutreten und ist irreversibel. Mit der Häufung von Nutzungszyklen sammeln sich auch weiterhin Lithium-Monolithen an und Dendriten wachsen weiter, so dass sich das Risiko einer Durchschlagung der Membran kumuliert.
Lithiumbatterien arbeiten bei niedrigen Temperaturen, das Alterungsproblem tritt hauptsächlich in der negativen Elektrode auf, die Reaktion auf der positiven Seite gibt es auch, aber die Auswirkungen sind nicht signifikant.
Laden und Entladen mit hohen Strömen
Entladung mit einem Strom, der die Design-Entladekapazität übersteigt, auf der einen Seite, die thermische Wirkung des Stroms, bringen die Batterie eigenen Temperaturanstieg, die Nebenwirkungen der Hochtemperatur-Alterung allmählich verstärkt; auf der anderen Seite, bringt einen hohen Strom ein Übermaß an Lithium-Ionen zu brauchen, um in der Kathode Material eingebettet werden, was einen Einfluss auf die Stabilität des Materials.
Hochstrom-Entladung, das gleiche Problem der Wärmeentwicklung und Kathodenmaterial de-embedding Stabilitätsprobleme. Gleichzeitig werden zu viele Lithium-Ionen zur negativen Elektrode transportiert, wodurch die Kapazität der negativen Elektrode überschritten wird und es zur Ablagerung von Lithium-Monomeren kommt. Dies führt nicht nur zu einem Kapazitätsverlust, sondern auch zu einem erhöhten Risiko des thermischen Durchgehens bei langfristiger Verwendung, der Schaden ist ernster.
Überspannung, Unterspannung, Laden und Entladen
Das Laden mit Überspannung und das Entladen mit Unterspannung führen zu einer Phasenveränderung des Kathodenmaterials, wodurch sich der leere Raum zur Aufnahme von Lithium-Ionen verringert und die maximal verfügbare Kapazität der Zelle beeinträchtigt wird.
Selbstentladung
Die Selbstentladung der Batteriezelle tritt immer und überall auf, wobei der Selbstentladungsprozess bei höherer Temperatur und höherem Ladezustand stärker ausgeprägt ist. Der Selbstentladungsprozess bewirkt einen gemeinsamen Verlust der reversiblen und irreversiblen Kapazität der Batterie. Die Produkte der Selbstentladung, die an der Elektrodenoberfläche anhaften, blockieren die Lithium-Ionen-Kanäle und reduzieren die Lithium-Ionen-Einbettungsposition, was wiederum zu einem dauerhaften Kapazitätsverlust der Zelle führt.
Alterung des Moduls
Li-Ionen-Batterien werden in Reihe und parallel geschaltet, um ein Modul zu bilden, und die Alterung des Moduls wird direkt von der Alterung der einzelnen Zelle beeinflusst. Darüber hinaus führt die Alterung der Kerne zu einer Verschlechterung der Konsistenz zwischen den Kernen, wodurch sich die Alterung der Module auf der Grundlage der Alterung der Kerne verstärkt.
Neben dem Einfluss der Kernalterung wird das Modul auch durch Vibration und Oxidation sowie Korrosion der leitenden Teile beeinflusst, was den Alterungsgrad vertieft. Zwischen dem internen Kern des Moduls und der Kupferschiene sowie zwischen der Kupferschiene und den Modulanschlüssen wird durch Löten oder Verschrauben ein enger Kontakt hergestellt, um sicherzustellen, dass der Widerstand in einem angemessenen Bereich liegt. Die Erhöhung des Anschlusswiderstands durch Vibration und Oxidation führt dazu, dass sich die Verteilungssituation des Widerstands im Inneren des Moduls ändert. Diese Änderungen können die Erfassungsergebnisse der Zellenspannung beeinflussen, was wiederum den Lade-/Entlade- und Ausgleichsprozess der Zelle beeinträchtigt.
Die raue Umgebung und die überlasteten Arbeitsparameter machen den Alterungsprozess bedeutsamer und leichter für die Forscher zu beobachten. In der Tat verläuft der Alterungsprozess stillschweigend. Es gibt zwei Lebensdauern für die Zellen, die Kalenderlebensdauer und die Zykluslebensdauer. Anhand des Namens der Kalenderlebenszeit können wir die Schlaflosigkeit des Alterns spüren. Die Erforschung der Einflussfaktoren auf die Alterung elektrischer Kerne zielt daher nur darauf ab, die beschleunigte Alterung durch unregelmäßigen Betrieb zu reduzieren.