Envejecimiento cíclico de las baterías de iones de litio: introducción y temperatura

En la actualidad, los usos de las baterías de iones de litio están aumentando rápidamente en diferentes áreas, y esto ha hecho necesario comprender su comportamiento frente al envejecimiento. El envejecimiento de la batería está asociado con el envejecimiento del calendario o con el envejecimiento cíclico. El envejecimiento por calendario se refiere al envejecimiento de la batería mientras está almacenada en el estante y no en ningún uso, mientras que el envejecimiento por ciclo se refiere al envejecimiento en el proceso de carga / descarga de la batería, es decir, su uso. El primero depende particularmente de la temperatura y el estado de carga (SOC), y el segundo tiene los factores adicionales de la tasa de corriente y los voltajes de corte de carga o descarga.

Celda de batería LiFePO4 de baja temperatura de 3,2 V y 20 A -40 ℃ Capacidad de descarga de 3C≥70 % Temperatura de carga: -20~45 ℃ Temperatura de descarga: -40~+55 ℃ Prueba de acupuntura aprobada -40 ℃ Tasa máxima de descarga: 3C

LEE MAS

El envejecimiento del ciclo no se ha agotado mucho en comparación con el envejecimiento del calendario, pero un punto de fusión es que una tasa de corriente más alta acelera el envejecimiento de una batería. Teniendo en cuenta la causa del envejecimiento de las baterías de iones de litio desde un punto de vista químico, los cambios en la interfaz del electrodo / electrolito en el electrodo negativo son la causa principal. Una interfaz de electrolito sólido es responsable tanto del desvanecimiento de la capacidad como del aumento de la resistencia. Este documento analiza el envejecimiento cíclico de las baterías de iones de litio en relación con el factor de corriente y temperatura y lo corona dando la temperatura operativa requerida.

Efecto de la corriente en el ciclo de envejecimiento de las baterías de iones de litio

Son pocos los estudios que se han realizado sobre el efecto de la corriente en las baterías de iones de litio. El resultado de las pruebas que se han realizado indica que, incluso si se controla la temperatura ambiente, para altas tasas de corriente, la temperatura de la batería aumenta proporcionalmente, lo que dificulta determinar si el envejecimiento se debe a la temperatura o la corriente. Sin embargo, en algunos estudios, el envejecimiento de la batería se ha considerado una función de la tasa de carga y descarga. A continuación se muestran los efectos de la corriente en el ciclo de envejecimiento de las baterías;

1. Las corrientes más bajas dan como resultado temperaturas de celda bajas y una batería de carga lenta está en buenas condiciones cerca del final de su carga, por lo tanto, un envejecimiento moderado.

2. Las altas corrientes tienen un gran efecto sobre el envejecimiento. En comparación con las corrientes de descarga, las altas corrientes envejecen la batería a un ritmo más rápido. La temperatura y la tasa de corriente son casi inseparables ya que la temperatura de la batería depende de la tasa de corriente. El envejecimiento debido al alto voltaje puede explicar la variación en el envejecimiento durante la carga y descarga teniendo en cuenta el voltaje interno de la batería más alto que el aplicado durante la descarga y bajo durante la carga.

3. Los períodos de carga de larga duración, incluso con tasas de corriente bajas, promueven el recubrimiento de litio. El enchapado de litio es una reacción que forma litio metálico en el negativo en lugar de intercalarse en él. Esta acumulación puede conducir al crecimiento de dendrita, lo que puede resultar en un cortocircuito interno.

Batería de polímero resistente para portátiles de alta densidad de energía y baja temperatura Especificación de la batería: 11,1 V 7800 mAh -40 ℃ Capacidad de descarga de 0,2 C ≥80 % A prueba de polvo, resistencia a caídas, anticorrosión, antiinterferencias electromagnéticas

LEE MAS

¿Cómo afecta la temperatura a las baterías de iones de litio?

La temperatura y la generación de calor es un aspecto clave al considerar el rendimiento, la seguridad y el envejecimiento de las baterías de iones de litio. Las temperaturas bajo las cuales funcionan las baterías de litio deben controlarse, sabiendo que su seguridad y salud dependen de la falla de temperatura a la que pueden resultar situaciones catastróficas como incendios. La temperatura también afectará el rendimiento de LiB con el tiempo, ya sea para prolongar o reducir su vida útil. De cualquier manera, una temperatura alta o baja no es buena para la salud de las baterías, y esto se muestra a continuación;

1. Un aumento de temperatura afecta la reacción química dentro de la batería. Un aumento de temperatura produce una acción catalítica correspondiente en las reacciones químicas. Las baterías de iones de litio tienen un alto rendimiento y un mayor almacenamiento a temperaturas más altas. El efecto secundario de este mayor rendimiento es la degradación del ciclo de vida de la batería con el tiempo. El ciclo de vida puede verse muy reducido debido a la exposición prolongada a altas temperaturas. Las altas temperaturas conducen a una formación de SEI adicional y acelerada y, por lo tanto, a una pérdida de capacidad.

2. La exposición de las baterías de litio al frío también tiene un gran impacto en el rendimiento y la seguridad de la batería. La resistencia interna de la batería aumenta con la caída de temperatura y requerirá más esfuerzo para que la batería se cargue, disminuyendo así la capacidad.

Comprender y controlar la temperatura y el envejecimiento en las baterías en funcionamiento es, por lo tanto, un problema de múltiples escalas que abarca la micro / nanoescala dentro de capas de un solo material hasta enormes paquetes LIB interconectados. En resumen, el envejecimiento del ciclo se reduce con la temperatura cuando se compara el envejecimiento de la batería dependiente del uso y el independiente del uso.

Rango de temperatura de funcionamiento de la batería LiB

Al cargar baterías de iones de litio, las temperaturas deben situarse entre 18 y 21 ° C aproximadamente. Se debe evitar cargar una batería fría ya que las celdas se dañarán, especialmente durante las frías temporadas de invierno. Deje que la batería se caliente primero a temperatura ambiente para que se cargue a temperatura ambiente y en condiciones óptimas. Nunca coloque su batería expuesta en un día caluroso y soleado ya que a 60 ° C, el LiB pierde capacidad y habilidades, dañando así la batería.

Por otro lado, las baterías de litio deben usarse a temperaturas que oscilen entre 10 y 55 ° C. La temperatura interna de la batería que es propicia para la carga varía de 5 a 45 ° C. Se coloca un sensor en la batería para garantizar que la carga no exceda el rango requerido.

Las baterías que no estén en uso deben almacenarse en un lugar fresco y no en frío. En el estado no utilizado, las baterías también pierden su energía. La pérdida varía aproximadamente entre un 3% y un 5% cada mes en las baterías de iones de litio.

Conclusión

En conclusión, muchos factores influyen en el proceso de envejecimiento, incluidos los niveles de SoC, los voltajes de corte de carga / descarga, la temperatura y el flujo de corriente. Debido a las pérdidas dentro de la batería, la tasa de corriente tiene un impacto directo en la temperatura de la batería. Las altas corrientes de carga / descarga, en particular, dan como resultado un aumento significativo de la temperatura de la batería.

Sin embargo, para el uso efectivo de las LIB en estos sectores del mercado, se necesitan altas tasas de energía, alta potencia y carga rápida; esto generalmente se combina con la creación de grandes cantidades de calor y una distribución de corriente no uniforme. Como las tasas de respuesta y la difusividad son sensibles a la temperatura, esto conduce a problemas de seguridad, rendimiento reducido y problemas de durabilidad a largo plazo. Los sistemas de gestión térmica se utilizan para regular la temperatura de la batería dentro de un rango ideal, con el objetivo de lograr una distribución uniforme de la temperatura. Aparte del calor reversible, el calor generado es un indicador de trabajo perdido durante el proceso de carga y descarga.