Negative Auswirkungen hoher Temperaturen auf Lithium-Batterien

Hohe Temperaturen haben weitreichende und irreversible Auswirkungen auf Lithiumbatterien. Die Hauptprobleme sind folgende:

1. Kapazitätsverlust und verkürzte Lebensdauer (häufigste Auswirkung)

Mechanismus: Erhöhte Temperaturen beschleunigen Nebenreaktionen im elektrochemischen System der Batterie, wie die Elektrolytzersetzung und die Reaktion aktiver Lithiumionen mit dem Elektrolyten zur Bildung einer Festelektrolyt-Grenzschicht (SEI). Das kontinuierliche Wachstum der SEI-Schicht verbraucht irreversibel aktives Lithium und Elektrolyt, was zu einem dauerhaften Kapazitätsverlust führt.

Auswirkungen: Deutliche Reduzierung der Akkulaufzeit. Nach vollständiger Aufladung verkürzt sich die Nutzungsdauer. Faustregel: Pro 10 °C Anstieg der durchschnittlichen Betriebstemperatur kann sich die Lebensdauer des Akkus halbieren.

2. Leistungsverschlechterung

Mechanismus: Erhöhung des Innenwiderstands. Hohe Temperaturen können zwar den Innenwiderstand vorübergehend senken und die Entladeleistung leicht verbessern, doch eine längere Einwirkung beschleunigt das Wachstum der SEI-Schicht, was zu einer dauerhaften Erhöhung des Innenwiderstands führt.

Auswirkungen: Größere Spannungsschwankungen beim Laden/Entladen, geringere Leistung – zum Beispiel ein Elektrofahrzeug mit reduzierter Beschleunigung oder ein Smartphone, das beim Spielen Verzögerungen aufweist.

3. Sicherheitsrisiken (Schwerwiegendste Auswirkungen)

Mechanismus: Hohe Temperaturen können eine thermische Durchgehung auslösen – eine sich selbst verstärkende, unaufhaltsame Rückkopplungsschleife:

• Erhöhte Temperaturen zersetzen die SEI-Schichten und setzen dabei Wärme frei.
• Durch die Hitze steigt die Zelltemperatur weiter an, was zu einer Schrumpfung/zum Schmelzen des Separators und in der Folge zu internen Kurzschlüssen führt.
• Elektrolyt- und Kathodenmaterialien zersetzen sich unter Hitzeeinwirkung, wodurch mehr Wärme und brennbare Gase freigesetzt werden.
• Letztendlich kann dies zu Bränden oder Explosionen führen.

Erscheinungsformen: Schwellung, Rauchentwicklung, Feuer.

Lösungen und Minderungsstrategien

Die Bewältigung der Herausforderungen bei hohen Temperaturen erfordert kombinierte Anstrengungen in den Bereichen Zelldesign, Systemmanagement und Endanwenderpraktiken.

1. Zelldesign & Materialebene (unter Führung der Hersteller)

Hochtemperaturbeständige Materialien: Verwenden Sie sicherere und stabilere chemische Verbindungen wie LiFePO₄ (LFP), das im Vergleich zu NMC eine höhere thermische Stabilität aufweist. Setzen Sie keramikbeschichtete Separatoren mit höherer thermischer Belastbarkeit und flammhemmende Elektrolytzusätze ein.

Optimiertes Strukturdesign: Techniken wie Stapelverfahren, größere Elektrodenoberflächen und optimierte Anschlussfahnen reduzieren den Innenwiderstand und die Wärmeentwicklung.

2. Systemdesign & BMS-Ebene (unter der Leitung der Produkthersteller)

Dies ist der Kern der Batteriesicherheitsgewährleistung, und EverExceed bietet fortschrittliche Batteriemanagementsysteme (BMS) an, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.

Temperaturüberwachung: Mehrere Sensoren sind strategisch im Inneren des Akkus platziert, um die Temperatur in Echtzeit zu überwachen.

Lösungen für das Wärmemanagement:

Passive Luftkühlung: Natürliche Konvektion oder Kühlung mit Ventilatorunterstützung, kostengünstig für Anwendungen im kleinen Maßstab.

Aktive Flüssigkeitskühlung: Zirkulation von Kühlmittel durch interne Rohrleitungen zur effizienten Wärmeableitung – die gängigste Lösung für Elektrofahrzeuge und Hochleistungsanwendungen.

Direkte Kältemittelkühlung: Nutzung des Kältemittels aus der Klimaanlage für maximale Kühlleistung.

Intelligente Lade-/Entladesteuerung: Das EverExceed BMS passt die Lade- und Entladeleistung intelligent an die Zelltemperatur an. Beispielsweise wird der Ladevorgang bei hohen Temperaturen verlangsamt oder unterbrochen, bis wieder sichere Bedingungen herrschen.

✅ Abschluss

Hohe Temperaturen beschleunigen den Alterungsprozess von Lithiumbatterien, verringern deren Kapazität und erhöhen die Sicherheitsrisiken erheblich. Die Lösungen erfordern einen systemischen Ansatz:

Für Batteriehersteller: Innovationen bei Materialien und Design zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit.

Für Systemintegratoren: Implementierung fortschrittlicher Gebäudeleittechnik und effizienter Wärmemanagementlösungen wie z. B. Flüssigkeitskühlung.

Für Endverbraucher: Bewusstsein dafür, dass Lithiumbatterien „hitzeempfindlich“ sind, Vermeidung längerer Einwirkung hoher Temperaturen und Entwicklung guter Nutzungsgewohnheiten.

EverExceed, mit jahrzehntelanger Erfahrung in Lithiumbatterie- und Energiespeicherlösungen Wir liefern hochsichere LiFePO₄-Technologien, intelligente Gebäudeleittechnik und innovative Kühlsysteme. Unsere Lösungen gewährleisten, dass Telekommunikations-, Rechenzentrums-, Elektrofahrzeug- und industrielle Energiespeichersysteme auch in Umgebungen mit hohen Temperaturen zuverlässig, sicher und langlebig funktionieren.