Prebíjanie je kritickým problémom v oblasti lítium-iónových batérií, ktoré môže výrazne ovplyvniť výkon, bezpečnosť a životnosť batérie. Ako popredný dodávateľ testerov lítium-iónových článkov sme vykonali rozsiahle testovanie na prebitých článkoch, aby sme lepšie pochopili dôsledky. V tomto blogu sa ponoríme do výsledkov testovania získaných pomocou našich pokročilých testerov a rozoberieme ich význam.
Základy nadmerného nabíjania v lítium-iónových článkoch
Predtým, ako preskúmame výsledky testovania, je nevyhnutné pochopiť, čo znamená nadmerné nabíjanie v kontexte lítium-iónových článkov. Lítium-iónové batérie sú navrhnuté tak, aby fungovali v určitom rozsahu napätia. Keď je batéria prebitá, nabije sa nad odporúčané maximálne napätie. To môže viesť k sérii chemických a fyzikálnych zmien v batérii.
Nadmerné nabíjanie spôsobuje, že lítiové ióny sú vytláčané z katódy nadmernou rýchlosťou. V dôsledku toho sa štruktúra katódy môže stať nestabilnou, čo vedie k tvorbe kovových usadenín na anóde. Tieto usadeniny môžu spôsobiť vnútorné skraty, ktoré sú mimoriadne nebezpečné, pretože môžu viesť k tepelnému úniku, čo je stav, pri ktorom teplota batérie rýchlo stúpa a môže spôsobiť požiar alebo výbuch.
Testovacie nastavenie
Naše testery lítium-iónových článkov sú najmodernejšie zariadenia, ktoré sú schopné presne riadiť procesy nabíjania a vybíjania lítium-iónových článkov. Na testovanie prebitých článkov sme vybrali sériu štandardných lítium-iónových článkov so známymi špecifikáciami. Tieto články sme rozdelili do rôznych skupín a každú skupinu podrobili rôznym úrovniam prebitia.
Použili sme našeTester nabíjania a vybíjania batériena nabíjanie článkov. Tento tester nám umožňuje presne nastaviť nabíjací prúd, napätie a čas. Pre každú skupinu sme prebili články o určité percento nad odporúčané maximálne napätie v rozmedzí od 5 % do 20 %. Po prebití sme použili našeZariadenie na testovanie kapacity lítiovej batérie 5V 20Ana meranie zostávajúcej kapacity buniek a našejZariadenie na testovanie článkov batériena analýzu ďalších parametrov, ako je vnútorný odpor a rýchlosť samovybíjania.
Výsledky testovania
Strata kapacity
Jedným z najvýznamnejších zistení z našich testov bola strata kapacity v prebitých článkoch. Ako sa úroveň prebíjania zvyšovala, kapacita článkov rapídne klesala. Pre články prebité o 5% bola strata kapacity približne 10% v porovnaní s normálnymi článkami. Keď úroveň prebitia dosiahla 20 %, strata kapacity bola až 40 %.
Táto strata kapacity je spôsobená hlavne degradáciou materiálu katódy. Nadmerné nabíjanie spôsobuje rozpad katódovej štruktúry, čím sa znižuje počet aktívnych miest dostupných pre lítium-iónovú interkaláciu a deinterkaláciu. Výsledkom je, že batéria môže ukladať menej energie, čo vedie k zníženiu kapacity.
Zvýšenie vnútorného odporu
Ďalším dôležitým výsledkom bolo zvýšenie vnútorného odporu prebitých článkov. Vnútorný odpor je mierou toho, ako ľahko môže prúd prechádzať batériou. Zvýšenie vnútorného odporu znamená, že počas procesov nabíjania a vybíjania sa spotrebuje viac energie ako teplo.
Naše testy ukázali, že vnútorný odpor prebitých článkov rástol lineárne s úrovňou prebitia. U článkov prebitých o 5% sa vnútorný odpor zvýšil o cca 15% v porovnaní s normálnymi článkami. Keď bola úroveň prebitia 20 %, vnútorný odpor sa zvýšil o viac ako 50 %. Toto zvýšenie vnútorného odporu nielen znižuje účinnosť batérie, ale tiež vytvára viac tepla, čo ešte viac zhoršuje degradáciu batérie.
Rýchlosť samovybíjania
Rýchlosť samovybíjania je rýchlosť, pri ktorej batéria stráca svoje nabitie, keď sa nepoužíva. Zistilo sa, že nadmerné nabíjanie výrazne zvyšuje rýchlosť samovybíjania lítium-iónových článkov. Normálne lítium-iónové články majú relatívne nízku mieru samovybíjania asi 1 - 2 % za mesiac. Avšak pre články prebité o 10 % sa miera samovybíjania zvýšila na približne 5 % za mesiac a pre články prebité o 20 % sa zvýšila na viac ako 10 % za mesiac.
Toto zvýšenie rýchlosti samovybíjania je pravdepodobne spôsobené tvorbou vedľajších reakcií v batérii spôsobených nadmerným nabíjaním. Tieto vedľajšie reakcie spotrebúvajú energiu uloženú v batérii, čo vedie k rýchlejšej strate náboja.
Obavy o bezpečnosť
Okrem zníženia výkonu predstavuje nadmerné nabíjanie aj vážne bezpečnostné riziká. Počas našich testov sme pozorovali, že niektoré bunky prebité o viac ako 15 % vykazovali známky opuchu. Opuch je znakom tvorby plynu v batérii, čo je často predchodca tepelného úniku.
V extrémnych prípadoch došlo u niekoľkých článkov prebitých o 20 % k tepelnému úniku. Tieto články sa v krátkom čase extrémne zahriali a v jednom prípade došlo k malému požiaru. To jasne demonštruje dôležitosť prevencie nadmerného nabíjania lítium-iónových batérií.
Dôsledky pre priemysel
Výsledky našich testov majú významné dôsledky pre priemysel lítium-iónových batérií. Výrobcovia batérií musia zabezpečiť, aby boli ich batérie chránené pred nadmerným nabíjaním. Dá sa to dosiahnuť pomocou systémov správy batérií (BMS), ktoré monitorujú napätie batérie a pri dosiahnutí maximálneho napätia prerušia proces nabíjania.
Pre koncových používateľov je dôležité používať nabíjačky, ktoré sú špeciálne navrhnuté pre lítium-iónové batérie a dôsledne dodržiavať pokyny na nabíjanie. Nadmerné nabíjanie nielenže znižuje životnosť batérie, ale predstavuje aj vážne bezpečnostné riziko.
Ako dodávateľ lítium-iónových článkových testerov zohrávame dôležitú úlohu pri pomoci priemyslu riešiť tieto problémy. Naše testery môžu výrobcovia batérií použiť na testovanie bezpečnosti a výkonu ich batérií počas výrobného procesu. Môžu byť tiež použité výskumnými inštitúciami na vykonávanie ďalších štúdií o mechanizmoch degradácie lítium-iónových batérií.
Kontaktujte nás a obstarajte
Ak ste v priemysle výroby batérií, vo výskumnej inštitúcii alebo v akejkoľvek inej organizácii, ktorá potrebuje testovať lítium-iónové články, naše testery lítium-iónových článkov sú ideálnou voľbou. Naše produkty sú spoľahlivé, presné a ľahko sa používajú. Ponúkame širokú škálu testerov na splnenie rôznych testovacích požiadaviek.
Ak máte záujem o kúpu našich produktov alebo máte akékoľvek otázky týkajúce sa testerov lítium-iónových článkov, neváhajte nás kontaktovať. Zaviazali sme sa poskytovať vám tie najlepšie produkty a služby.
Referencie
- Tarascon, J-M., & Armand, M. (2001). Problémy a výzvy, ktorým čelia nabíjateľné lítiové batérie. Nature, 414 (6861), 359 - 367.
- Goodenough, JB a Kim, Y. (2010). Výzvy pre nabíjateľné Li batérie. Chemistry of Materials, 22(3), 587 - 603.
- Xia, Y., Zheng, G., Ji, X., & Cui, Y. (2019). Snaha o elektrolyty v tuhom stave pre lítiové batérie: od komplexného pohľadu až po nové horizonty. Chemical Reviews, 119(12), 7016 - 7069.
