Литий-ионные аккумуляторы со временем деградируют, даже если они долгое время не используются. Это происходит из-за того, что внутренние химические реакции, такие как разложение электролита, продолжаются на микроскопическом уровне. Исследования показывают, что изменения состава электролита и образование дендритов усиливают эту деградацию. Высокие температуры ускоряют саморазряд и могут спровоцировать растворение переходных металлов. В промышленных условиях неправильное хранение может серьёзно повлиять на производительность и надёжность аккумуляторов. Чтобы понять, что происходит, если литиевые аккумуляторы не используются в течение длительного времени, узнайте больше о литий-ионных аккумуляторах. здесь.
Основные выводы
Поддерживайте уровень заряда литиевых аккумуляторов на уровне 40–60%, чтобы избежать повреждений. Это продлит их срок службы.
Храните батарейки в прохладном и сухом месте. Это замедлит вредные химические изменения.
Регулярно проверяйте аккумуляторы и ухаживайте за ними. Это обеспечит их бесперебойную работу, особенно в случае с большими машинами.
Часть 1: Что произойдет, если литиевые батареи не будут использоваться в течение длительного времени
1.1 Календарное старение и его влияние на литий-ионные аккумуляторы
Когда литий-ионные аккумуляторы не используются, календарное старение становится существенным фактором их деградации. Этот процесс подразумевает постепенное снижение ёмкости аккумулятора с течением времени, даже без активного использования. Календарное старение в первую очередь обусловлено химическими реакциями внутри компонентов аккумулятора, таких как электролит и электроды. Эти реакции происходят естественным образом и зависят от таких факторов, как температура и условия хранения.
Чтобы лучше понять календарное старение, исследователи используют различные методологии. Например, не основанные на моделях методы, такие как полный факторный анализ и латинский гиперкуб, позволяют всесторонне оценить деградационное поведение. Методы, основанные на моделях, такие как pi-OED, уточняют эти результаты, сравнивая зависимости и предоставляя более точные прогнозы.
Этап | Методология | Описание |
|---|---|---|
1 | DoE, не основанное на модели | Полнофакторные и латинские гиперкубические планы для оценки поведения деградации. |
2 | Пи-ОЭД на основе модели | Уточняет зависимости и сравнивает с подходами, не основанными на моделях. |
Понимая процесс старения аккумулятора, вы сможете реализовать стратегии, позволяющие замедлить этот процесс и продлить срок его службы.
1.2 Химические реакции в периоды простоя
Даже когда литий-ионные аккумуляторы простаивают, внутренние химические реакции продолжаются. Эти реакции часто приводят к разложению электролита, что приводит к образованию нежелательных побочных продуктов. Со временем эти побочные продукты накапливаются и способствуют потере ёмкости. Кроме того, ионы лития могут задерживаться в межфазном слое твёрдого электролита (SEI), что снижает их подвижность и ещё больше ухудшает характеристики аккумулятора.
Периоды простоя также увеличивают риск образования дендритов. Эти игольчатые образования образуются на аноде аккумулятора и могут проткнуть сепаратор, вызывая короткое замыкание или даже полный выход аккумулятора из строя. Правильные условия хранения, такие как поддержание умеренной температуры и уровня заряда, могут минимизировать эти риски.
1.3 Риски потери заряда и критического порога
Литий-ионные аккумуляторы подвержены саморазряду, даже когда не используются. Скорость саморазряда зависит от таких факторов, как температура и степень заряженности аккумулятора. Если уровень заряда падает ниже критического значения, аккумулятор может получить необратимые повреждения. Например, у переразряженных аккумуляторов может наблюдаться деградация электродов, что приводит к необратимой потере емкости.
Чтобы предотвратить это, следует хранить литий-ионные аккумуляторы при оптимальном уровне заряда, обычно около 40–60%. Регулярная проверка уровня заряда и подзарядка по мере необходимости помогут поддерживать ёмкость аккумулятора и продлить срок его службы. В промышленных условиях применение этих методов гарантирует надёжную работу аккумуляторов при их последующем использовании.
Часть 2: Механизмы деградации литий-ионных аккумуляторов
2.1 Разложение электролита и его последствия
Разложение электролита — один из основных факторов, способствующих деградации аккумулятора. Со временем электролит в литий-ионных аккумуляторах вступает в химические реакции, в результате которых образуются побочные продукты. Эти побочные продукты накапливаются и воздействуют на внутреннюю структуру аккумулятора, снижая его эффективность. Например, образование слоя твёрдого электролита (SEI) является прямым результатом разложения электролита. Хотя слой SEI изначально защищает анод, его постоянный рост приводит к потреблению активных ионов лития, что приводит к потере ёмкости.
Исследование, в котором анализируется более 17,000 XNUMX уникальных соединений, участвующих в формировании SEI, подчеркивает сложность этих реакций. Используя квантово-химические расчеты и экспериментальные данные, исследователи определили, как разложение электролита влияет на производительность аккумулятора. Это исследование подчеркивает важность выбора высококачественных электролитов и добавок для минимизации деградации.
Чтобы смягчить последствия разложения электролита, следует хранить аккумуляторы в условиях стабильной температуры и избегать перезаряда. Это может замедлить химические реакции и продлить срок службы аккумулятора.
2.2 Образование дендритов и их роль в потере емкости
Дендриты — это игольчатые структуры, образующиеся на аноде во время зарядки. Эти структуры растут при неравномерном осаждении ионов лития, часто из-за высоких токов зарядки или длительных периодов простоя. Дендриты могут прокалывать разделитель между анодом и катодом, вызывая внутренние короткие замыкания. Это не только снижает ёмкость аккумулятора, но и создаёт риски для безопасности, такие как тепловой разгон.
Исследования дают ценную информацию о роли дендритов в деградации аккумулятора:
Манипуляции с литиевыми дендритами существенно влияют на производительность аккумулятора.
Внешние условия, такие как колебания температуры, влияют на рост дендритов и восстановление емкости.
Расчеты кулоновского КПД (CE) выявляют тенденции в снижении цикла работы батареи, обеспечивая более четкое понимание потерь, связанных с дендритами.
Для предотвращения образования дендритов следует использовать зарядные устройства с соответствующими настройками напряжения и тока. В промышленных условиях внедрение современных систем управления аккумуляторными батареями (BMS) может помочь эффективно контролировать и контролировать условия зарядки. Узнайте больше о работе и компонентах BMS. здесь.
2.3 Рост твердоэлектролитного межфазного слоя (SEI)
Слой SEI естественным образом формируется на поверхности анода в течение первых нескольких циклов зарядки. Хотя он служит защитным барьером, его непрерывный рост со временем приводит к потере ёмкости. Слой SEI потребляет ионы лития и компоненты электролита, уменьшая количество ионов, доступных для хранения энергии.
Лабораторные испытания установили прямую связь между напряжением в слое SEI и снижением емкости. Например, механическое напряжение в слое SEI объясняет значительный процент общей потери мощности в различных конфигурациях аккумуляторов. Кроме того, анализ ядерной реакции лития (Li-NRA) показывает, что накопление лития в слое SEI ускоряет деградацию. Введение специальных добавок в электролит может замедлить этот процесс, улучшая сохранение ёмкости.
Чтобы минимизировать деградацию, вызванную SEI, следует хранить литий-ионные аккумуляторы в частично заряженном состоянии (40–60%) и избегать экстремальных температур. Эти меры помогут снизить нагрузку на слой SEI и продлить срок службы аккумулятора.
2.4 Снижение подвижности ионов лития и деградация электрода
По мере старения аккумуляторов подвижность ионов лития снижается, что напрямую влияет на их производительность. Этому способствуют несколько факторов:
Рост слоя SEI: Утолщение слоя SEI ограничивает движение ионов лития, снижая емкость и выходную мощность.
Литиевое покрытие: Избыток ионов лития осаждается на поверхности анода, ограничивая количество материала, доступного для хранения ионов. Это также увеличивает риск образования дендритов.
Механическое напряжение: Повторные циклы зарядки-разрядки вызывают структурные изменения в электродах, снижая их способность хранить ионы лития.
Катодное растворение: Реакции в электролите растворяют материал катода, что еще больше ухудшает подвижность ионов лития и способствует росту SEI.
Исследования показывают, что в неиспользуемых литий-ионных аккумуляторах происходит саморазряд из-за внутренних химических реакций. Например, атомы водорода из электролита перемещаются к катоду, занимая позиции, предназначенные для ионов лития. Это ухудшает работу аккумулятора и сокращает срок его службы.
Чтобы решить эти проблемы, следует применять правильные методы хранения и рассмотреть возможность использования современных аккумуляторов, таких как литиевые аккумуляторы LiFePO4, которые обеспечивают лучшую стабильность и более длительный срок службы. Узнайте больше о LiFePO4-аккумуляторах. здесь.
Часть 3: Внешние факторы, влияющие на деградацию аккумулятора
3.1 Влияние температуры на стабильность литий-ионных аккумуляторов
Температура играет решающую роль в стабильности и производительности литиевых аккумуляторов. Экстремальные температуры, как высокие, так и низкие, ускоряют деградацию аккумулятора, влияя на внутренние химические реакции. Высокие температуры увеличивают скорость разложения электролита и способствуют росту межфазного слоя твёрдого электролита (SEI), который поглощает активные ионы лития. Низкие температуры, напротив, снижают подвижность ионов лития и увеличивают риск осаждения лития, что приводит к потере ёмкости и созданию угрозы безопасности.
Рецензируемые исследования показывают, что при низких температурах литий-ионные аккумуляторы испытывают резкое сокращение срока службы: всего 90–140 циклов по сравнению с более чем 2000 циклами при повышенных температурах. Другое исследование подчёркивает важность терморегулирования, показывая, что различные методы охлаждения могут влиять на скорость деградации до трёх раз.
В промышленных условиях поддержание оптимального температурного режима критически важно для продления срока службы аккумуляторов. Передовые системы терморегулирования помогают регулировать температуру и предотвращать неравномерное распределение тепла внутри аккумуляторных батарей. Эти системы особенно полезны в таких отраслях, как робототехника, где стабильность работы аккумуляторов критически важна. Узнайте больше о применении в робототехнике. здесь.
3.2 Риски воздействия влажности и сырости
Влажность и воздействие влаги существенно влияют на стабильность работы литиевых аккумуляторов. При высокой влажности молекулы воды взаимодействуют с компонентами аккумулятора, запуская химические реакции, снижающие его производительность. Например, богатые никелем слоистые оксиды лития и переходных металлов вступают в ионный обмен между ионами Li+ и H+ из воды, образуя такие соединения, как Li2CO3 и LiOH. Эти соединения накапливаются на поверхности аккумулятора, снижая ионную проводимость и вызывая потерю ёмкости.
Состояние | Образование H2S (смXNUMX/г) | |
|---|---|---|
Сухая комната (выдержка 30 мин) | 0.1 | > 50 |
Суспензия додекана | 0 | 14 |
Правильный контроль влажности критически важен для отраслей, использующих литиевые аккумуляторы, например, для систем безопасности. Хранение аккумуляторов в условиях низкой влажности предотвращает коррозию и внутренние повреждения, обеспечивая надёжную работу. Узнайте больше о применении в системах безопасности. здесь.
3.3 Рекомендации по хранению литиевых аккумуляторов
Внедрение передовых методов хранения литиевых аккумуляторов может значительно увеличить их срок службы и надежность. Неправильные условия хранения, такие как воздействие экстремальных температур или высокой влажности, ускоряют деградацию аккумулятора и увеличивают риски, связанные с безопасностью, такие как тепловой пробой. Чтобы продлить срок службы аккумулятора, следуйте следующим рекомендациям отрасли:
Контроль температуры: Храните батареи в прохладном, сухом месте, предпочтительно при комнатной температуре.
Избегайте прямого света: Во избежание перегрева держите батареи вдали от солнечного света.
Управление влажностью: Поддерживайте низкий уровень влажности, чтобы избежать коррозии.
Обеспечьте поток воздуха: Обеспечьте хорошую вентиляцию, чтобы предотвратить накопление тепла.
Безопасное место: Храните батареи в сухом, безопасном месте вдали от легковоспламеняющихся материалов.
Проверка состояния аккумулятора: Перед хранением осмотрите на предмет повреждений.
Уровень заряда: При длительном хранении храните аккумуляторы при уровне заряда 40–50%.
Уровень заряда перед хранением: Храните устройство при уровне заряда 50%, чтобы снизить нагрузку на аккумулятор.
Идеальные температурные условия: Поддерживайте температуру хранения в диапазоне 5–20 °C (41–68 °F).
Защита окружающей среды: Избегайте высокой влажности и прямых солнечных лучей.
Безопасные контейнеры для хранения: Во избежание короткого замыкания используйте оригинальную упаковку или пластиковые футляры.
Правильные условия хранения особенно важны для промышленного применения, где надёжность аккумуляторов напрямую влияет на эффективность работы. Если вам нужны индивидуальные решения для аккумуляторов, соответствующие вашей отрасли, обратитесь к нам. Large Powerэксперты здесь.
Литий-ионные аккумуляторы со временем деградируют из-за внутренних химических реакций и воздействия внешней среды, даже если они не используются. Правильные условия хранения могут значительно замедлить деградацию аккумуляторов и продлить срок их службы.
Ключевые рекомендации:
Поддерживайте уровень заряда 50% увеличить срок службы батареи до 130%, как показали исследования, проведенные в Технологическом университете Чалмерса.
Избегайте полной разрядки и храните батареи в прохладном, сухом месте, чтобы предотвратить тепловой пробой и потерю емкости.
Применение этих стратегий обеспечивает надежную работу промышленных и других критически важных приложений. Для разработки индивидуальных решений по литиевым аккумуляторам, соответствующих вашим потребностям, обратитесь к нам. Large Powerэксперты здесь.
FAQ
1. Как лучше всего хранить литиевые батареи в течение длительного времени?
Храните аккумуляторы при уровне заряда 40–50% в прохладном, сухом месте. Избегайте прямых солнечных лучей и высокой влажности, чтобы минимизировать деградацию аккумулятора.
2. Могут ли неиспользуемые литиевые батареи безвозвратно потерять свою емкость?
Да, неиспользуемые батареи деградируют из-за химических реакций и саморазряда. Правильное хранение замедляет этот процесс и сохраняет ёмкость.
3. Как температура влияет на производительность литиевого аккумулятора?
Высокие температуры ускоряют химические реакции, а низкие снижают подвижность литий-ионных аккумуляторов. Обе крайности негативно влияют на стабильность работы аккумулятора и срок его службы.
