Comprendre correctement l'auto-décharge de la batterie

Utilisez-vous ou achetez-vous des piles ? Il est important de comprendre l'autodécharge d'une batterie, le processus par lequel l'énergie stockée dans une batterie diminue même lorsqu'elle n'est pas utilisée.

Ne vous inquiétez pas si vous ne savez pas ce que cela signifie, nous aborderons tous les aspects liés à l'autodécharge et comment cela peut affecter votre utilisation.

Dans Dans le billet de blog d'aujourd'hui, nous discuterons de ce qui provoque l'autodécharge des batteries, comprendreons pourquoi ce phénomène est nécessaire, afin que nous puissions prendre les mesures appropriées pour prolonger durée de vie de la batterie au lithium .

Commençons donc par mieux comprendre comment fonctionne l’autodécharge !

 

Qu’est-ce que l’autodécharge de la batterie ?

Théoriquement, les batteries ne réagissent pas entre elles lorsqu'elles ne sont pas utilisées et la réaction redox ne se produit que lorsque l'appareil est connecté à la batterie.

Cependant, dans la vraie vie, les piles ordinaires, y compris piles sèches (alcalin), produira des réactions chimiques à l’intérieur de la batterie. Autrement dit, il n’y a aucune connexion entre les électrodes et une très petite quantité de substances chimiques présentes dans la batterie réagira.

Beaucoup considèrent les circuits comme un moyen possible de diriger le flux d’électrons vers l’emplacement souhaité. Il y a aussi des choses comme les électrolytes dégradés, fuites, etc., mais les plus importants sont dus à la chimie de la batterie elle-même.

Ces réactions internes réduisent la charge stockée de la batterie, réduisant progressivement la capacité de la batterie. Ce phénomène est appelé autodécharge.

Les principales causes d'autodécharge dans la batterie

(1) 3 points principaux

1. Après le la batterie est stockée pendant une longue période, l'acide sulfurique coulera, provoquant une différence de potentiel entre les plaques supérieure et inférieure, et l'électrolyte débordant de la batterie s'accumulera sur la surface du couvercle de la batterie, et les polarités positives et négatives formeront des canaux, entraînant une auto-décharge. .
2. Les matériaux de l'électrolyte et de la plaque de batterie sont impurs, et une différence de potentiel se forme entre les impuretés et la plaque et entre différentes impuretés déposées sur la plaque, et une décharge partielle est générée à travers l'électrolyte.
3. Le matériau actif de la batterie la plaque tombe et la partie inférieure du dépôt est trop importante, ce qui entraîne un court-circuit de la plaque, et les couches supérieure et inférieure de l'électrolyte de la batterie, entraînant une auto-décharge.

(2) Facteurs physiques

Pourquoi un la batterie placée dans un disjoncteur perd sa charge? Les facteurs physiques proviennent principalement de la perte de substances électrochimiques à l’intérieur de la batterie et des courts-circuits internes.

La perte de matériau de la batterie est irréversible et entraînera une perte de capacité de la batterie, mais la perte fait référence à l'incarnation des performances de récupération de capacité. Par exemple, la perte de puissance provoquée par un court-circuit consommera de l'énergie actuelle et la capacité ne sera pas affectée par cette partie de la réaction.

La somme de la perte de capacité (irréversible) et de la simple perte de puissance (réversible) correspond à la quantité d'autodécharge.

• Réactions secondaires des matériaux électrochimiques

Les réactions secondaires des matériaux se produisent principalement sous trois aspects : le matériau de l'électrode positive, le matériau de l'électrode négative et l'électrolyte.

Matériel	Réactions secondaires matérielles
Matériau cathodique	Il s'agit principalement d'une variété de composés de lithium, qui réagissent toujours légèrement avec l'électrolyte, et le degré de réaction est différent selon les conditions environnementales.   Le matériau de l'électrode positive réagit avec l'électrolyte pour former des produits insolubles, rendant la réaction irréversible. Le matériau de l'électrode positive impliqué dans la réaction perd sa structure d'origine et le la batterie perd sa puissance correspondante et sa capacité permanente.
Matériel négatif	Les électrodes négatives en graphite ont intrinsèquement la capacité de réagir avec les électrolytes. Pendant le processus de liaison, le film SEI du produit de réaction est fixé à la surface de l'électrode, ce qui arrête la réaction violente entre l'électrode et l'électrolyte.   Cependant, cette réaction se produit également en petite quantité en raison des défauts du film SEI. La réaction entre l'électrolyte et l'électrode négative consomme non seulement le lithium-ions dans l'électrolyte, mais consomme également le matériau de l'électrode négative dans l'électrolyte. C’est-à-dire que la perte d’énergie électrique générée par la réaction entre l’électrolyte et l’électrode négative entraînera également la perte de la capacité maximale disponible de la batterie.
Électrolyte	En plus de réagir avec les électrodes positives et négatives, il réagit également avec les impuretés des matériaux positifs et négatifs, et même avec les impuretés du matériau lui-même.   Ces réactions génèrent toutes des produits irréversibles conduisant à la réduction des ions Li, responsable de la perte de capacité disponible.

• jecourt-circuit interne

Dans le processus de production des batteries, certaines impuretés seront inévitablement mélangées. Certaines de ces impuretés peuvent provoquer une légère conduction des électrodes positives et négatives, ce qui neutralise la charge et endommage l'alimentation.

De plus, l'écart de taille et les bavures de traitement du collecteur de courant entraîneront également la rotation des électrodes positives et négatives. Au début du durée de vie de la batterie cycle, il présente moins d’autodécharge, mais avec le temps, il y a plus de chances de provoquer un court-circuit massif dans la batterie.

Par conséquent, il est nécessaire d’effectuer régulièrement des expériences de test des caractéristiques d’autodécharge de la batterie dans un environnement de laboratoire strict et un niveau d’humidité approprié.

• Défauts de la membrane SEI

La fonction originale du film SEI est d'isoler les électrodes positives et négatives que les électrons ne peuvent pas traverser. Si la qualité du film est défectueuse, il ne fonctionnera pas correctement, par exemple, cela peut provoquer un gonflement de la batterie et une basse tension. Même de petits défauts peuvent avoir un impact significatif sur le taux d’autodécharge.

Et comme le temps de recyclage de la batterie continue d'augmenter, l'uniformité et la densité du film SEI vont changer. Le film SEI vieillissant a progressivement révélé ses défauts lors de la protection de l'électrode négative, ce qui a augmenté le contact entre l'électrode négative et l'électrolyte et augmenté les réactions secondaires.

De plus, différentes qualités de films SEI entraîneront également différents taux d'autodécharge lors des premières utilisations des batteries.

L'une des méthodes permettant de réduire l'autodécharge consiste à ajouter des additifs pour améliorer la qualité du film SEI.

(3) Facteur cible

Le taux d'autodécharge d'une batterie varie en fonction de l'environnement d'application, de l'étape d'utilisation et de l'état de l'application.

• Température

Plus la température ambiante est élevée, plus l'activité du matériau électrochimique est élevée. Les réactions impliquant le matériau de la cathode, le matériau de l'anode et l'électrolyte sont plus intenses, entraînant en même temps une plus grande perte de capacité.

• Charge

Les chercheurs ont notamment comparé l’effet de la charge sur le taux d’autodécharge. La tendance générale est que plus la charge est élevée, plus le taux d’autodécharge est élevé.

En résumé, plus la charge est élevée, plus le potentiel positif est élevé et plus le potentiel négatif est faible. Par conséquent, plus la propriété oxydante de l’électrode positive est forte, plus la polarité négative est forte et plus la réaction secondaire est forte.

• Temps

Dans le cas d’une même perte de puissance et de capacité, plus le temps est long, plus la perte est importante. Cependant, le taux d’autodécharge est souvent utilisé comme indicateur pour comparer différentes batteries.

Cela dit, dans le même principe, le temps semble être un facteur affectant le degré d’autodécharge.

Le but du test du taux d’autodécharge

Le test de taux d'autodécharge a une certaine valeur de référence.

1. Utilisez le taux d’autodécharge comme indicateur de la qualité de la batterie. Appliquez-le aux normes nationales, comparez horizontalement les niveaux de produits des différents fabricants et testez la qualité de l'industrie.
2. Pour le tri cellulaire. La cohérence du batterie Le pack est un paramètre important pour la qualité du pack batterie après regroupement. Diverses méthodes ont été étudiées pour regrouper les cellules et il est prévu que des cellules de même concentration soient utilisées dans le même pack. Le taux d’autodécharge est l’un des indicateurs couramment utilisés pour le dépistage électrostatique.
3. Il peut être utilisé comme indicateur du contrôle qualité des produits. Lors du test du même lot de batteries, si certaines batteries présentent un taux d'autodécharge élevé, indiquant que leur qualité est défectueuse, elles doivent être sélectionnées et traitées individuellement.
4. Utilisez le taux d'autodécharge comme indice pour mesurer le degré de vieillissement de la batterie et évaluer le cycle de vie de la batterie.

Méthode de détection d'auto-décharge

(1) Méthode de chute de tension

Le taux de chute de tension pendant le stockage est utilisé pour caractériser l’ampleur de l’autodécharge. Cette méthode est simple à mettre en œuvre, mais l’inconvénient est que la chute de tension ne peut pas refléter intuitivement la perte de capacité.

La méthode de chute de tension est la plus simple et la plus pratique, et c'est une méthode couramment utilisée dans la production actuelle.

(2) Méthode de décroissance de capacité

Autrement dit, le pourcentage de réduction de capacité par unité de temps est exprimé.

(3) Méthode du courant d'autodécharge Isd

Calculer le courant d'autodécharge Isd pendant stockage de la batterie selon la relation entre la perte de capacité et le temps.

(4) Calcul des moles Li+ consommées par les réactions secondaires

Sur la base de l'influence du taux de consommation de Li+ sur la conductance électronique du film SEI de l'électrode négative pendant le stockage de la batterie, la relation entre la consommation de Li+ et la durée de stockage a été dérivée.

Tester le rôle de l'autodécharge

(1) Unité de problème de prédiction

Dans un même lot de batteries au lithium, les matériaux et processus de fabrication sont fondamentalement les mêmes.

Lorsque l'autodécharge d'une seule cellule est manifestement trop importante, il est probable qu'un micro-court-circuit grave soit provoqué par des impuretés et des bavures perçant le séparateur.

Les performances de ce type de batterie ne sont pas très différentes des batteries ordinaires à court terme, mais à mesure que la réaction interne irréversible s'approfondit progressivement après un stockage à long terme, les performances de la batterie seront bien inférieures à ses performances d'usine et aux autres batteries normales. performance.

Les résultats montrent que la perte irréversible de la capacité maximale augmente considérablement (par exemple, la perte irréversible de capacité atteint 5% en 3 mois, et la batterie normale atteint cette valeur en un an), ainsi que le taux de rétention de capacité (0,5C/0,2 C, 1C/0,2C) diminue, le cycle devient mauvais et une précipitation du lithium se produit.

Par conséquent, afin de garantir la qualité des batteries d'usine, les batteries présentant une autodécharge importante doivent être éliminées.

Cependant, en raison de la perte de capacité irréversible importante des batteries à décharge automatique, la capacité peut être récupérée après qu'au moins un quart de la batterie ait été placé. La batterie peut être utilisée si sa capacité ne diminue pas de manière significative.

(2) Batterie

Pour les batteries qui doivent être assemblées, la valeur K (dans le batterie au lithium l’industrie, fait référence à la chute de tension de la batterie par unité de temps) est un indicateur important.

Lorsque la batterie est assemblée dans un batterie, les différences dans l'autodécharge des cellules entraîneront un déséquilibre des cellules du pack. Une autodécharge peut également se produire s’il existe un chemin de courant de fuite à l’intérieur de la batterie.

La contamination particulaire et la croissance des dendrites peuvent créer des « micro-courts » à l'intérieur de la batterie, créant des chemins de courant de fuite qui peuvent conduire à la batterie échec. Par conséquent, un une batterie qui s'autodécharge excessivement indique une possible panne.

Lors du processus de mesure et de calcul de la valeur K, puisqu'il existe des différences évidentes dans les niveaux d'autodécharge sous différentes tensions initiales, il est nécessaire de s'assurer que la tension primaire de la batterie se situe dans une petite plage et que la meilleure tension primaire La plage est la tension d'usine de l'usine de batterie elle-même.

(3) Aide à régler la tension d'usine et la capacité de la batterie.

Certains clients ont une telle demande que le batterie doit être expédié au client à une capacité de 60%. À ce stade, il est nécessaire d’évaluer le degré d’autodécharge de la batterie pendant le transport afin de déterminer la tension d’usine ou la capacité de la batterie.

De plus, en raison des différences dans les processus, les matériaux et les étapes de stockage de l'énergie, cette question nécessite des expériences distinctes et les données provenant d'autres expériences ne peuvent pas être simplement appliquées.

Analyse typique de l'autodécharge de la batterie

L'autodécharge est liée à la solubilité du matériau de l'électrode positive dans l'électrolyte et à son instabilité (facile à s'auto-décomposer) après chauffage. L’autodécharge des piles rechargeables est bien supérieure à celle des piles primaires.

De plus, différents types de batteries ont des taux d’autodécharge mensuels différents. L'autodécharge des cellules primaires est considérablement réduite, ne dépassant pas 2% par an à température ambiante.

Lors du stockage, l'autodécharge s'accompagne d'une augmentation de la résistance interne de la batterie, ce qui entraînera une diminution de la capacité de charge de la batterie. Dans le cas d’un courant de décharge important, la perte d’énergie est évidente.

Taux d'autodécharge typique de la batterie
système de batterie	Auto-décharge ou durée de vie
Carbone-zinc	Durée de vie de 2 à 3 ans
Lithium métal	10% dans cinq ans
Plomb-acide	4-6% par mois
Alliage nickel-cadmium	15-20% par mois
Alcalin	2-3% par mois
lithium-ion	1-5% par mois

(1) Batterie lithium-ion

Les réactions d’autodécharge qui se produisent dans les batteries Li-ion sont très complexes. Le taux d'autodécharge des batteries lithium-ion est généralement de 2%-5% par mois et de 5%-8% à température ambiante.

Lorsqu’une réaction irréversible se produit à l’intérieur de la batterie, la perte de capacité qui en résulte est irréversible et comprend principalement :

Réaction irréversible entre le matériau cathodique et l'électrolyte

On le retrouve principalement dans deux matériaux sujets à des défauts structurels, comme le manganate de lithium et le nickelate de lithium. Par exemple, la réaction de la cathode de manganate de lithium avec les ions lithium dans l'électrolyte : liymn2o4xlixe-→lithium xMn2O4.

Réaction irréversible entre le matériau de l'anode et l'électrolyte

Le film SEI des batteries lithium-ion est utilisé pour protéger l'électrode négative de la corrosion électrolytique. La réaction possible entre l’électrode négative et l’électrolyte est : LiyC6→Liy-xC6 xLi xe-.

Réactions irréversibles causées par les impuretés présentes dans l'électrolyte

Par exemple, la réaction possible du CO dans deux solvants : 2CO2 2e-2Li → carbonate de lithium, la réaction de O dans deux solvants : 1/2O2 2e 2Li. Ces réactions consomment de manière irréversible ions lithium dans l'électrolyte, entraînant une perte de capacité de la batterie.

(2) Batterie au plomb

L'autodécharge de l'électrode en plomb provient du dégagement d'oxygène et de la corrosion par absorption d'oxygène. Étant donné que la solubilité de l'oxygène dans l'acide sulfurique est faible et peut être éliminée, et que la concentration d'ions hydrogène dans l'électrolyte est élevée, le phénomène d'autodécharge provoqué par le dégagement d'oxygène est très évident.

L'électrode d'équilibre au plomb a un potentiel inférieur à celui de l'électrode à hydrogène. En raison du surpotentiel élevé de dégagement d’oxygène de l’hydrogène, la réaction de dégagement d’oxygène n’est pas évidente. Si le plomb a une pureté élevée et moins d'impuretés, la corrosion par dégagement d'oxygène sera plus légère et l'autodécharge sera naturellement plus faible.

(3) Batterie nickel-cadmium

Pour une électrode d'oxyde de nickel entièrement chargée, une réaction de dégagement d'oxygène (REL) peut se produire pendant le stockage en raison de la présence de dioxyde de manganèse instable, entraînant une auto-décharge.

D'une part, l'électrode négative du cadmium est très stable dans l'électrolyte, de sorte que le taux d'autodécharge de la batterie nickel-cadmium est très faible ; d'autre part, la surface de l'électrode de la batterie nickel-cadmium à décharge rapide est grande et le taux d'autodécharge est également important.

(4) Batterie Ni-MH

Comme les autres batteries, les batteries au nickel-hydrure métallique sont sujettes à l’autodécharge. Le dispositif de la batterie nickel-hydrure métallique haute tension remplit tout le boîtier de la batterie d'hydrogène, et le matériau électroactif de l'électrode négative est en contact direct avec l'oxyde de nickel, le matériau électroactif de l'électrode positive, pour générer une auto-décharge. pendant le stockage.

Résumer

Les batteries sont sujettes à l'autodécharge. Ce n’est pas un problème de chaîne de production, mais des caractéristiques de la batterie.

Bien que des méthodes de fabrication et une manipulation inappropriées puissent aggraver le problème. Ce que nous devons savoir, c’est que l’autodécharge est permanente et irréversible. Pour réduire l’autodécharge, il est recommandé de stocker les cellules et batteries à des températures plus basses.

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Plus de FAQ

(1) Qu'est-ce qui fait que la batterie se décharge ?

Un court-circuit peut entraîner une consommation de courant excessive et décharger la batterie. Vérifiez le système de charge pour les courroies d'alternateur desserrées ou usées, les défauts électriques (fils desserrés, déconnectés ou déconnectés) ou la panne de l'alternateur.

Un moteur défectueux peut également provoquer une décharge excessive de la batterie pendant le démarrage.

(2) Qu'est-ce que l'autodécharge de la batterie ?

Autodécharge de la batterie : tout à fait normal.

Les batteries génèrent de l'électricité par le biais de réactions chimiques à l'intérieur de la batterie, ce qui signifie que la capacité de la batterie diminue progressivement avec le temps. Ce phénomène est appelé auto-décharge. L'autodécharge de la batterie ne peut pas être complètement évité. Mais avec le bon entretien de la batterie, l'autodécharge de la batterie peut être réduite.

(3) Quelle batterie a le taux d'autodécharge le plus élevé ?

Les batteries Ni/Cd et Ni/MH typiques ont un taux d'autodécharge allant jusqu'à 25% par mois.

Cela pose un problème logistique majeur pour les utilisateurs, car les batteries NiCd doivent généralement être chargées avant de pouvoir être utilisées sur le terrain. Batteries au plomb et au nickel-cadmium perdent leur charge très rapidement.

(4) Comment calculer le taux d'autodécharge de la batterie ?

Le moyen le plus simple : prenez une batterie, chargez-la, mesurez sa tension en circuit ouvert (OCV) et laissez-la reposer sans aucune connexion. Pour en revenir au batterie plus tard, vous remarquerez que la batterie a un OCV inférieur, indiquant que la batterie est dans un état de charge inférieur (SoC). Cette différence SOC correspond au taux d’autodécharge de la batterie.

(5) Sera le la batterie perd de la puissance lorsqu'il n'est pas utilisé ?

Dans une batterie saine, les ions circulent librement entre la cathode et l’anode. . . Les batteries se dégradent même lorsque vous ne les utilisez pas. Un entièrement batterie lithium-ion chargée perdra environ 20% de sa capacité après un an de stockage normal.