Motivi dell'autoscarica nelle batterie agli ioni di litio

L'autoscarica nelle batterie agli ioni di litio si riferisce al fenomeno per cui la carica/tensione della batteria diminuisce naturalmente quando viene scollegata da un circuito esterno (ovvero, in uno stato di circuito aperto). Questa è una caratteristica intrinseca di tutte le batterie, sebbene l'entità vari. Le batterie agli ioni di litio presentano un tasso di autoscarica relativamente basso, ma ne sono comunque influenzate. Le cause principali possono essere classificate come segue:

1. Reazioni chimiche collaterali inevitabili (autoscarica normale)

(1) Crescita e dissoluzione dello strato SEI:

L'anodo (tipicamente in grafite) è rivestito da uno strato di interfase elettrolitica solida (SEI) che si forma durante la carica/scarica iniziale, essenziale per il funzionamento della batteria. Tuttavia, lo strato SEI non è perfettamente stabile. Durante lo stoccaggio, soprattutto a temperature elevate, subisce una lenta dissoluzione e riformazione. Questa riformazione consuma gli ioni di litio e l'elettrolita, causando una perdita di capacità e una caduta di tensione, un fattore che contribuisce in modo significativo all'autoscarica.

(2) Ossidazione/riduzione degli elettroliti:

I materiali catodici carichi (ad esempio, LiCoO₂, NCM, LiFePO₄) sono altamente ossidanti. I solventi elettrolitici (ad esempio, EC, DMC) e gli additivi si decompongono gradualmente per ossidazione a contatto prolungato con il catodo ad alto potenziale. Analogamente, all'anodo, nonostante la protezione SEI, possono verificarsi piccole reazioni di riduzione dell'elettrolita. Queste reazioni parassite riducono gli ioni di litio attivi, causando una riduzione della capacità.

(3) Reazioni di impurità:

Tracce di impurità (ad esempio ioni Fe, Cu, Zn) nei materiali degli elettrodi o nei collettori di corrente possono creare microcortocircuiti o partecipare a reazioni collaterali, consumando carica.

2. Micro-cortocircuiti interni (causati da difetti di fabbricazione o invecchiamento)

(1) Difetti del separatore:

Fori microscopici, impurità o punti deboli nel separatore possono consentire la conduzione elettronica (microcortocircuiti) tra gli elettrodi dopo cicli di carica o stoccaggio prolungato, con conseguente perdita diretta di carica. Questa è una delle cause principali di autoscarica anormalmente elevata. Mentre i separatori bloccano macroscopicamente gli elettroni, si possono formare percorsi di dispersione microscopici di elettroni attraverso reti conduttive o elettrolita.

(2) Penetrazione dei dendriti:

I dendriti di litio possono formarsi in modo non uniforme sull'anodo a causa di sovraccarico, carica a bassa temperatura o invecchiamento. I dendriti appuntiti possono penetrare nel separatore, creando ponti tra gli elettrodi e causando cortocircuiti interni.

(3) Contaminazione da polvere metallica:

La polvere metallica residua (ad esempio, derivante dal taglio degli elettrodi) intrappolata tra elettrodi o separatori può causare microcortocircuiti. Sebbene condizioni di assoluta assenza di polvere siano irraggiungibili, una quantità minima di polvere ha un impatto trascurabile. Tuttavia, la polvere che supera la soglia per perforare il separatore accelera significativamente l'autoscarica. Per soluzioni di separazione di alta qualità, consultate il nostro Attrezzatura per la linea di produzione di batterie .

3. Effetti della temperatura

La temperatura è un fattore critico. Temperature più elevate accelerano esponenzialmente tutte le reazioni di autoscarica (sviluppo dell'SEI, decomposizione dell'elettrolita, reazioni delle impurità). Pertanto, le batterie devono essere conservate a basse temperature (evitando il congelamento) per la conservazione a lungo termine.

4. Impatti dell'autoscarica

• Perdita di capacità: riduzione della capacità utilizzabile.

• Caduta di tensione: diminuzione della tensione a circuito aperto (OCV) nel tempo.

• Invecchiamento accelerato: le reazioni collaterali (ad esempio la crescita dell'SEI) consumano litio/elettrolita attivo, accelerando l'invecchiamento.

• Sfide nella stima dello stato di carica (SOC): l'autoscarica complica la stima accurata dello stato di carica (SOC) tramite tensione.

• Rischi per la sicurezza: micro-cortocircuiti gravi possono causare surriscaldamento localizzato o fuga termica.

5. Strategie di mitigazione

(1) Ottimizzare il design e i materiali:

Migliora la stabilità del SEI, sviluppa elettroliti resistenti all'ossidazione, utilizza materiali ad alta purezza e migliora la qualità del separatore. Scopri le nostre attrezzature per batterie personalizzate per soluzioni su misura.

(2) Condizioni di conservazione del controllo:

• Temperatura: conservare a una temperatura compresa tra 10°C e 25°C (evitare temperature inferiori a 0°C).

• Stato di carica (SOC): mantenere il livello di carica (SOC) al 40%-60% per lo stoccaggio a lungo termine. La carica completa accelera l'ossidazione dell'elettrolita; una scarica profonda rischia di danneggiare l'anodo.

(3) Ricarica periodica:

Per le batterie inattive, monitorare la tensione/SOC e ricaricarle a circa il 50% quando sono basse per evitare una scarica profonda.

(4) Rigoroso controllo di produzione:

Ridurre al minimo le impurità/polvere metallica e garantire l'integrità del separatore. Il nostro Fornitura di materiale per batterie offre materiali ad elevata purezza per ridurre i rischi di contaminazione.

Conclusione