Supraîncărcarea este o problemă critică în domeniul bateriilor litiu-ion, care poate avea un impact semnificativ asupra performanței, siguranței și duratei de viață a bateriei. În calitate de furnizor de top de teste de celule cu ioni de litiu, am efectuat teste extinse pe celule supraîncărcate pentru a înțelege mai bine implicațiile. În acest blog, vom aprofunda în rezultatele testării obținute folosind testerii noștri avansați și vom discuta despre semnificația acestora.
Elementele de bază ale supraîncărcării în celulele cu ioni de litiu
Înainte de a explora rezultatele testării, este esențial să înțelegem ce înseamnă supraîncărcare în contextul celulelor cu ioni de litiu. Bateriile litiu-ion sunt proiectate să funcționeze într-un interval de tensiune specific. Când o baterie este supraîncărcată, aceasta este încărcată peste tensiunea maximă recomandată. Acest lucru poate duce la o serie de modificări chimice și fizice în cadrul bateriei.
Supraîncărcarea face ca ionii de litiu să fie forțați să iasă din catod la o rată excesivă. Ca urmare, structura catodului poate deveni instabilă, ducând la formarea depunerilor metalice pe anod. Aceste depuneri pot provoca scurtcircuite interne, care sunt extrem de periculoase deoarece pot duce la evadare termică, o condiție în care temperatura bateriei crește rapid și poate duce la incendiu sau explozie.
Configurare de testare
Testerele noastre de celule cu ioni de litiu sunt dispozitive de ultimă generație care sunt capabile să controleze cu precizie procesele de încărcare și descărcare ale celulelor cu ioni de litiu. Pentru a testa celulele supraîncărcate, am selectat un lot de celule standard litiu-ion cu specificații cunoscute. Am împărțit aceste celule în diferite grupuri și am supus fiecare grup la diferite niveluri de supraîncărcare.
Ne-am folositTester de încărcare și descărcare a baterieipentru a încărca celulele. Acest tester ne permite să setăm cu precizie curentul de încărcare, tensiunea și timpul. Pentru fiecare grup, am supraîncărcat celulele cu un anumit procent peste tensiunea maximă recomandată, variind de la 5% la 20%. După supraîncărcare, am folosit sistemul nostruEchipament de testare a capacității bateriei cu litiu 5V 20Apentru a măsura capacitatea rămasă a celulelor și a noastrăEchipament de testare a celulelor baterieipentru a analiza alți parametri, cum ar fi rezistența internă și rata de auto-descărcare.
Rezultatele testării
Pierderea capacității
Una dintre cele mai semnificative constatări din testele noastre a fost pierderea capacității în celulele supraîncărcate. Pe măsură ce nivelul de supraîncărcare a crescut, capacitatea celulelor a scăzut rapid. Pentru celulele supraîncărcate cu 5%, pierderea de capacitate a fost de aproximativ 10% în comparație cu celulele normale. Când nivelul de supraîncărcare a atins 20%, pierderea de capacitate a fost de până la 40%.
Această pierdere de capacitate se datorează în principal degradării materialului catodic. Supraîncărcarea determină defectarea structurii catodului, reducând numărul de locuri active disponibile pentru intercalarea și dezintercalarea litiu-ion. Ca urmare, bateria poate stoca mai puțină energie, ceea ce duce la o scădere a capacității.
Creșterea rezistenței interne
Un alt rezultat important a fost creșterea rezistenței interne a celulelor supraîncărcate. Rezistența internă este o măsură a cât de ușor poate curge curentul prin baterie. O creștere a rezistenței interne înseamnă că se irosește mai multă energie sub formă de căldură în timpul proceselor de încărcare și descărcare.
Testele noastre au arătat că rezistența internă a celulelor supraîncărcate a crescut liniar odată cu nivelul de supraîncărcare. Pentru celulele supraîncărcate cu 5%, rezistența internă a crescut cu aproximativ 15% față de celulele normale. Când nivelul de supraîncărcare a fost de 20%, rezistența internă a crescut cu mai mult de 50%. Această creștere a rezistenței interne nu numai că reduce eficiența bateriei, dar generează și mai multă căldură, ceea ce exacerbează și mai mult degradarea bateriei.
Rata de descărcare automată
Rata de auto-descărcare este rata la care o baterie își pierde încărcarea atunci când nu este utilizată. S-a constatat că supraîncărcarea crește semnificativ rata de auto-descărcare a celulelor cu ioni de litiu. Celulele normale litiu-ion au o rată de autodescărcare relativ scăzută, de aproximativ 1 - 2% pe lună. Cu toate acestea, pentru celulele supraîncărcate cu 10%, rata de auto-descărcare a crescut la aproximativ 5% pe lună, iar pentru celulele supraîncărcate cu 20%, a crescut la mai mult de 10% pe lună.
Această creștere a ratei de auto-descărcare se datorează probabil formării de reacții secundare în interiorul bateriei cauzate de supraîncărcare. Aceste reacții secundare consumă energia stocată în baterie, ducând la o pierdere mai rapidă a încărcăturii.
Preocupări de siguranță
Pe lângă degradarea performanței, supraîncărcarea prezintă și riscuri serioase de siguranță. În timpul testelor noastre, am observat că unele dintre celulele supraîncărcate cu peste 15% au prezentat semne de umflare. Umflarea este un indiciu al generării de gaz în baterie, care este adesea un precursor al evadării termice.
În cazuri extreme, câteva celule supraîncărcate cu 20% au experimentat evadare termică. Aceste celule au devenit extrem de fierbinți într-o perioadă scurtă și, într-un caz, a avut loc un mic incendiu. Acest lucru demonstrează în mod clar importanța prevenirii supraîncărcării în bateriile litiu-ion.
Implicații pentru industrie
Rezultatele testelor noastre au implicații semnificative pentru industria bateriilor litiu-ion. Producătorii de baterii trebuie să se asigure că bateriile lor sunt protejate împotriva supraîncărcării. Acest lucru poate fi realizat prin utilizarea sistemelor de management al bateriei (BMS) care monitorizează tensiunea bateriei și întrerup procesul de încărcare atunci când este atinsă tensiunea maximă.
Pentru utilizatorii finali, este esențial să folosească încărcătoare care sunt special concepute pentru bateriile litiu-ion și să urmeze cu atenție instrucțiunile de încărcare. Supraîncărcarea nu numai că reduce durata de viață a bateriei, dar prezintă și un risc serios de siguranță.
În calitate de furnizor de teste de celule cu ioni de litiu, avem un rol vital în a ajuta industria să abordeze aceste probleme. Testerele noastre pot fi folosite de producătorii de baterii pentru a testa siguranța și performanța bateriilor lor în timpul procesului de producție. Ele pot fi, de asemenea, folosite de instituțiile de cercetare pentru a efectua studii ulterioare asupra mecanismelor de degradare a bateriilor litiu-ion.
Contactați-ne pentru achiziții
Dacă sunteți în industria producției de baterii, într-o instituție de cercetare sau în orice altă organizație care trebuie să testeze celulele litiu-ion, testele noastre pentru celule cu litiu-ion sunt alegerea ideală. Produsele noastre sunt fiabile, precise și ușor de utilizat. Oferim o gamă largă de testere pentru a îndeplini diferite cerințe de testare.
Dacă sunteți interesat să achiziționați produsele noastre sau aveți întrebări despre testele noastre de celule cu ioni de litiu, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați. Ne angajăm să vă oferim cele mai bune produse și servicii.
Referințe
- Tarascon, J - M., & Armand, M. (2001). Probleme și provocări cu care se confruntă bateriile reîncărcabile cu litiu. Nature, 414(6861), 359 - 367.
- Goodenough, JB și Kim, Y. (2010). Provocări pentru bateriile reîncărcabile Li. Chimia materialelor, 22(3), 587 - 603.
- Xia, Y., Zheng, G., Ji, X. și Cui, Y. (2019). Căutarea electroliților în stare solidă pentru bateriile cu litiu: de la o perspectivă cuprinzătoare la orizonturi emergente. Chemical Reviews, 119(12), 7016 - 7069.
