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Was ist die Niedertemperaturtechnologie von Lithium-Ionen-Batterien? - Leistung

26 Aug 2021

Was ist die Niedertemperaturtechnologie von Lithium-Ionen-Batterien?

EverExceed hat kürzlich eine neue Niedertemperaturtechnologie vorgestellt. Lithium-Eisenphosphat-Batterie Diese Technologie lässt sich sogar bei unter 0 °C und im Minusbereich aufladen. In einer fünfteiligen Artikelserie werden wir die Details dieser revolutionären Technologie ausführlich beschreiben. In diesem Artikel geht es um die Leistungsfähigkeit der Lithiumbatterie mit Niedertemperaturtechnologie.

Leistung:

Für Lithium-Ionen-Batterien Ob nationale oder unternehmensinterne Normen – die untere Grenze der Entladetemperatur ist streng festgelegt: mindestens -20 °C. Auch die Ladetemperatur ist streng reglementiert: Neben der Mindesttemperatur wie bei der Entladung wird klar definiert, dass bei niedrigen Temperaturen nur mit geringer Rate geladen werden darf und keine vollständige Ladung möglich ist (z. B. bei 0–15 °C nur mit 0,2 C und maximal 4,0 V Spannung). Dies dient dem Schutz vor Überhitzung. Die Frage ist also: Was Anwender eigentlich brauchen, ist ein vielseitiger Akku, der sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen zuverlässig funktioniert. Warum legen Lithium-Batteriehersteller diese strengen Beschränkungen fest?

Beginnen wir mit dem Verhalten von Lithium-Ionen-Akkus bei niedrigen Temperaturen. Bei gleicher Entladerate ist die Entladespannung umso niedriger, je geringer die Außentemperatur ist. Wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Wie aus der Abbildung ersichtlich, sinkt die Entladespannung der Batterie mit abnehmender Temperatur deutlich. Dadurch erreicht die Batterie bei niedrigen Temperaturen schneller die Entladeschlussspannung, was zu einer deutlich geringeren Entladekapazität im Vergleich zur Kapazität bei Raumtemperatur führt. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Kapazität einer Lithium-Ionen-Batterie bei niedrigen Temperaturen nicht vollständig verschwindet, sondern innerhalb des normalen Spannungsbereichs (≥ 3,0 V) nicht vollständig entladen werden kann. Könnte die Entladeschlussspannung weiter erhöht werden, ließe sich die Restkapazität entladen. Da die niedrige Spannung jedoch den normalen Betrieb elektrischer Geräte beeinträchtigt, ist die niedrige untere Entladeschlussspannung (< 2,5 V) in der Regel nicht von großer Bedeutung.

Im Vergleich zur Entladung bei niedrigen Temperaturen ist die Leistung beim Laden von Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen unbefriedigender. Erstens erreicht der Ladevorgang bei niedrigen Temperaturen schnell den Bereich konstanter Spannung, wodurch die Ladekapazität bis zu einem gewissen Grad reduziert wird und sich die Ladezeit verlängert, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Beim Laden von Lithium-Ionen-Akkus bei niedrigen Temperaturen kann es vorkommen, dass sich die Lithium-Ionen nicht in die Graphitanode einlagern. Dadurch bilden sich Lithium-Dendriten auf der Anodenoberfläche und entstehen metallische Lithium-Dendriten. Diese Reaktion verbraucht die im Akku vorhandenen Lithium-Ionen, die für wiederholtes Laden und Entladen zur Verfügung stehen, und reduziert die Akkukapazität erheblich. Die abgelösten metallischen Lithium-Dendriten können zudem die Membran durchstoßen und somit die Sicherheit beeinträchtigen. Die Abbildungen zeigen die Lithiumentwicklung auf der negativen Elektrodenoberfläche eines Lithium-Ionen-Akkus nach dem Laden bei niedrigen Temperaturen:

Die Entladekapazität von Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen nimmt ab, kann aber durch Laden und Entladen bei Raumtemperatur wiederhergestellt werden, was einen reversiblen Kapazitätsverlust darstellt; das Laden bei niedrigen Temperaturen führt jedoch zur Lithiumausfällung, was einen dauerhaften Kapazitätsverlust zur Folge hat.

Da die Lithiumentwicklung beim Laden bei niedrigen Temperaturen deutlich schädlicher ist, wird das Laden von Lithium-Ionen-Akkus bei niedrigen Temperaturen strenger kontrolliert als das Entladen bei niedrigen Temperaturen. Viele Batteriehersteller beschreiben die Ladebedingungen von Lithium-Ionen-Akkus derzeit als „Stufenladung“. Ein Beispiel hierfür ist:

Ladetemperatur	Ladestrom	Obere Grenzspannung
0 ℃ ~10 ℃	0,2 °C	4,0 V
10 ℃ ~20 ℃	0,5 °C	4,35 V
20 ℃ ~45 ℃	1,0 °C	4,35 V

Auch wenn die obige Beschreibung des Stufenladens für Kunden etwas kompliziert klingt, handelt es sich um eine von Batterieherstellern häufig angewandte Methode, um Lithiumausfällungen beim Laden bei niedrigen Temperaturen zu vermeiden.

Nun folgt eine Zusammenfassung. Aufgrund des niedrigeren Spannungsplateaus von Lithium-Ionen-Akkus bei Entladung in niedrigen Temperaturen ist die Entladekapazität bei diesen Temperaturen deutlich reduziert. Dieser Verlust wird jedoch durch das Laden und Entladen bei normaler Temperatur automatisch kompensiert und ist somit reversibel. Bei der Ladung in niedrigen Temperaturen hingegen führen zu niedrige Temperaturen oder zu hohe Laderaten zu irreversibler Lithiumdendritenbildung und damit zu irreversiblem Kapazitätsverlust, was die Sicherheit des Akkus beeinträchtigt.

Abschluss:

Um den Anforderungen kalter Länder gerecht zu werden, in denen Zuverlässigkeit erforderlich ist Energiespeicherlösung Für Anwendungen im Außenbereich arbeiteten die Forschungs- und Entwicklungsingenieure von EverExceed lange an einer passenden Lösung – und so entstand die neue Technologie. Entscheiden Sie sich daher bei Ihrer Energiespeicherlösung für kalte Temperaturen für EverExceed – eine Marke, auf die Sie sich voll und ganz verlassen können.

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