Wie hoch ist die Lebensdauer einer Lithiumbatterie?
ZyklusLeben
Die Zyklenlebensdauer ist ein entscheidender Parameter für die Bewertung der technischen Wirtschaftlichkeit von Batterien. Ein Lade- und Entladezyklus wird als Zyklus oder Periode bezeichnet. Die Anzahl der Zyklen, die eine Batterie unter einem bestimmten Entladeregime aushalten kann, bevor ihre Kapazität auf einen bestimmten Wert abfällt, wird als Zyklenlebensdauer oder Nutzungsdauer bezeichnet.
Die Zyklenlebensdauer wird durch die Entladetiefe (DOD) der Batterie beeinflusst, daher muss der Ausdruck für die Zyklenlebensdauer auch die DOD angeben. Beispielsweise eine Batterielebensdauer von 400 Zyklen/100 % DOD oder 1000 Zyklen/50 % DOD. Die Lebensdauer variiert je nach Batterietyp, und selbst Produkte derselben Serie und derselben Spezifikationen können deutlich unterschiedliche Lebensdauern haben. Unter den häufig verwendeten Batterien haben Zink-Silber-Batterien die kürzeste Zyklenlebensdauer, im Allgemeinen nur 30-100 Zyklen; Blei-Säurebatterien haben eine Zyklenlebensdauer von 300–500 Zyklen; und Lithium-Ionen-Batterien haben eine längere Lebensdauer, mit Zyklenlebensdauern von über 1000 Zyklen.
Mit zunehmenden Lade- und Entladezyklen ist ein Kapazitätsabfall der Sekundärbatterie ein unvermeidlicher Prozess. Dies liegt daran, dass während der Lade-{1}}Entladezyklen einige irreversible Prozesse im Inneren der Batterie ablaufen, die zu einer Verringerung der Entladekapazität der Batterie führen. Diese irreversiblen Faktoren sind hauptsächlich folgende:
1) Die aktive Oberfläche der Elektrode nimmt während der Lade--Entladezyklen kontinuierlich ab, was zu einem Anstieg der Betriebsstromdichte und -polarisation führt.
2) Aktives Material löst sich oder wandert von der Elektrode.
3) Einige Elektrodenmaterialien korrodieren während des Batteriebetriebs.
4) Während des Ladevorgangs bilden sich Dendriten auf der Elektrode, die zu Mikrokurzschlüssen innerhalb der Batterie führen.
5) Alterung und Verschleiß des Separators.
6) Während der Lade--Entladezyklen kommt es im aktiven Material zu irreversiblen Kristallmorphologieänderungen, die seine Aktivität verringern.
Haltbarkeit
Bei Batterien kommt es nach längerer Lagerung zu Kapazitätsveränderungen; Diese Eigenschaft wird als Speicherleistung bezeichnet. Obwohl bei der Lagerung keine elektrische Energie freigesetzt wird, kommt es immer zu einer Selbstentladung innerhalb der Batterie. Selbst bei trockener Lagerung kann eine unzureichende Abdichtung dazu führen, dass Feuchtigkeit, Luft und Kohlendioxid eindringen und eine Korrosion der thermodynamisch instabilen aktiven Materialien an den positiven und negativen Elektroden auslösen, was zu Oxidations-{3}Reduktionsreaktionen und Energieverlusten führt. Dies ist bei Nasslagerung noch ausgeprägter. Das Ausmaß dieser Selbstentladung wird als die Zeit ausgedrückt, die benötigt wird, bis die Batteriekapazität auf eine bestimmte spezifizierte Kapazität abfällt, die als Lagerdauer (oder Haltbarkeit) bezeichnet wird.
