Prekomjerno punjenje je kritično pitanje na polju litijum-jonskih baterija, koje može značajno utjecati na performanse baterije, sigurnost i vijek trajanja. Kao vodeći dobavljač testera litijum-jonskih ćelija, sproveli smo opsežna testiranja na prenapunjenim ćelijama kako bismo bolje razumeli implikacije. U ovom blogu ćemo se pozabaviti rezultatima testiranja dobijenim pomoću naših naprednih testera i razgovarati o njihovom značaju.
Osnove prekomjernog punjenja u litijum-jonskim ćelijama
Prije nego što istražimo rezultate testiranja, bitno je razumjeti šta znači prekomjerno punjenje u kontekstu litijum-jonskih ćelija. Litijum-jonske baterije su dizajnirane da rade u određenom opsegu napona. Kada je baterija prenapunjena, ona se puni iznad preporučenog maksimalnog napona. To može dovesti do niza kemijskih i fizičkih promjena unutar baterije.
Prekomjerno punjenje uzrokuje da se litijum ioni istiskuju iz katode velikom brzinom. Kao rezultat, struktura katode može postati nestabilna, što dovodi do stvaranja metalnih naslaga na anodi. Ove naslage mogu uzrokovati unutrašnje kratke spojeve, koji su izuzetno opasni jer mogu dovesti do termičkog bijega, stanja u kojem temperatura baterije brzo raste i može dovesti do požara ili eksplozije.
Testiranje podešavanja
Naši testeri litijum-jonskih ćelija su najsavremeniji uređaji koji su u stanju da precizno kontrolišu procese punjenja i pražnjenja litijum-jonskih ćelija. Za testiranje prenapunjenih ćelija, odabrali smo seriju standardnih litijum-jonskih ćelija sa poznatim specifikacijama. Podijelili smo ove ćelije u različite grupe i svaku grupu podvrgli različitim nivoima prekomjernog punjenja.
Koristili smo našeTester za punjenje baterije i pražnjenjeza punjenje ćelija. Ovaj tester nam omogućava da precizno podesimo struju punjenja, napon i vrijeme. Za svaku grupu smo prepunili ćelije za određeni procenat iznad preporučenog maksimalnog napona, u rasponu od 5% do 20%. Nakon prekomjernog punjenja, iskoristili smo našeOprema za testiranje kapaciteta 5V 20A litijumske baterijeza mjerenje preostalog kapaciteta ćelija i našegOprema za testiranje baterijaza analizu drugih parametara kao što su unutrašnji otpor i brzina samopražnjenja.
Rezultati testiranja
Gubitak kapaciteta
Jedan od najznačajnijih nalaza naših testova bio je gubitak kapaciteta u prenapunjenim ćelijama. Kako se nivo prekomjernog punjenja povećavao, kapacitet ćelija se brzo smanjivao. Za ćelije prepunjene za 5%, gubitak kapaciteta je bio približno 10% u poređenju sa normalnim ćelijama. Kada je nivo prekomjernog punjenja dostigao 20%, gubitak kapaciteta bio je čak 40%.
Ovaj gubitak kapaciteta je uglavnom zbog degradacije materijala katode. Prekomjerno punjenje uzrokuje lomljenje katodne strukture, smanjujući broj aktivnih mjesta dostupnih za interkalaciju i deinterkalaciju litijum-jona. Kao rezultat toga, baterija može pohraniti manje energije, što dovodi do smanjenja kapaciteta.
Povećanje unutrašnjeg otpora
Drugi važan rezultat je povećanje unutrašnjeg otpora prenabijenih ćelija. Unutrašnji otpor je mjera koliko lako struja može teći kroz bateriju. Povećanje unutrašnjeg otpora znači da se više energije troši kao toplota tokom procesa punjenja i pražnjenja.
Naši testovi su pokazali da se unutrašnji otpor prenapunjenih ćelija povećava linearno sa nivoom prenapunjenosti. Za ćelije prepunjene za 5%, unutrašnji otpor je povećan za oko 15% u poređenju sa normalnim ćelijama. Kada je nivo prekomjernog punjenja bio 20%, unutrašnji otpor se povećao za više od 50%. Ovo povećanje unutrašnjeg otpora ne samo da smanjuje efikasnost baterije već i stvara više toplote, što dodatno pogoršava degradaciju baterije.
Stopa samopražnjenja
Stopa samopražnjenja je brzina kojom baterija gubi napunjenost kada se ne koristi. Utvrđeno je da prekomjerno punjenje značajno povećava brzinu samopražnjenja litijum-jonskih ćelija. Normalne litijum-jonske ćelije imaju relativno nisku stopu samopražnjenja od oko 1 - 2% mesečno. Međutim, za ćelije prenapunjene za 10%, stopa samopražnjenja porasla je na oko 5% mjesečno, a za ćelije prenapunjene za 20%, porasla je na više od 10% mjesečno.
Ovo povećanje stope samopražnjenja je vjerovatno zbog stvaranja nuspojava unutar baterije uzrokovanih prekomjernim punjenjem. Ove nuspojave troše pohranjenu energiju u bateriji, što dovodi do bržeg gubitka punjenja.
Zabrinutost za sigurnost
Uz degradaciju performansi, prekomjerno punjenje također predstavlja ozbiljne sigurnosne rizike. Tokom naših testova, uočili smo da su neke ćelije koje su bile prenapunjene za više od 15% pokazale znake otoka. Oteklina je indikacija stvaranja plina unutar baterije, što je često preteča toplotnog bijega.
U ekstremnim slučajevima, nekoliko ćelija prenapunjenih za 20% doživjelo je termalni bijeg. Ove ćelije su postale izuzetno vruće u kratkom periodu, a u jednom slučaju došlo je do manjeg požara. Ovo jasno pokazuje važnost sprečavanja prekomjernog punjenja u litijum-jonskim baterijama.
Implikacije za industriju
Rezultati naših testova imaju značajne implikacije na industriju litijum-jonskih baterija. Proizvođači baterija moraju osigurati da su njihove baterije zaštićene od prekomjernog punjenja. Ovo se može postići korištenjem sistema za upravljanje baterijama (BMS) koji prate napon baterije i prekidaju proces punjenja kada se dostigne maksimalni napon.
Za krajnje korisnike, ključno je da koriste punjače koji su posebno dizajnirani za litijum-jonske baterije i da pažljivo prate uputstva za punjenje. Prekomjerno punjenje ne samo da smanjuje vijek trajanja baterije već predstavlja i ozbiljan sigurnosni rizik.
Kao dobavljač litijum-jonskih testera ćelija, igramo vitalnu ulogu u pomaganju industriji da reši ove probleme. Proizvođači baterija mogu koristiti naše testere za testiranje sigurnosti i performansi svojih baterija tokom proizvodnog procesa. Takođe ih mogu koristiti istraživačke institucije za sprovođenje daljih studija o mehanizmima degradacije litijum-jonskih baterija.
Kontaktirajte nas za nabavku
Ako ste u industriji proizvodnje baterija, istraživačkoj instituciji ili bilo kojoj drugoj organizaciji koja treba da testira litijum-jonske ćelije, naši testeri litijum-jonskih ćelija su idealan izbor. Naši proizvodi su pouzdani, precizni i jednostavni za upotrebu. Nudimo širok spektar testera koji ispunjavaju različite zahtjeve testiranja.
Ako ste zainteresirani za kupovinu naših proizvoda ili imate bilo kakva pitanja o našim testerima litijum-jonskih ćelija, slobodno nas kontaktirajte. Posvećeni smo pružanju najboljih proizvoda i usluga.
Reference
- Tarascon, J-M., & Armand, M. (2001). Problemi i izazovi sa kojima se suočavaju punjive litijumske baterije. Nature, 414(6861), 359 - 367.
- Goodenough, JB, & Kim, Y. (2010). Izazovi za punjive Li baterije. Hemija materijala, 22(3), 587 - 603.
- Xia, Y., Zheng, G., Ji, X., & Cui, Y. (2019). Potraga za elektrolitima u čvrstom stanju za litijumske baterije: od sveobuhvatnog uvida do novih horizonata. Chemical Reviews, 119(12), 7016 - 7069.
