Правильно понимать саморазряд батареи

Вы используете или покупаете аккумуляторы? Важно понимать саморазряд батареи — процесс, при котором энергия, хранящаяся в батарее, уменьшается, даже когда она не используется.

Не волнуйтесь, если вы не знаете, что это значит, мы углубимся во все аспекты, связанные с саморазрядом, и как это может повлиять на ваше использование.

В В сегодняшнем сообщении блога мы обсудим, что вызывает саморазряд аккумуляторов, поймем, почему это явление необходимо, чтобы мы могли предпринять соответствующие шаги для продления срока службы батарей. Срок службы литиевой батареи .

Итак, давайте начнем лучше понимать, как работает саморазряд!

 

Что такое саморазряд батареи?

Теоретически батареи не реагируют друг с другом, когда они не используются, а окислительно-восстановительная реакция возникает только тогда, когда прибор подключен к батарее.

Однако в реальной жизни обычные аккумуляторы, в т.ч. сухие батареи (щелочной), вызовет химические реакции внутри батареи. То есть между электродами нет связи, и в реакцию вступит очень небольшое количество химических веществ в аккумуляторе.

Многие рассматривают схемы как один из возможных способов направить поток электронов в желаемое место. Есть также такие вещи, как деградация электролитов, утечкии т. д., но наиболее заметные из них связаны с химией самой батареи.

Эти внутренние реакции снижают накопленный заряд батареи, постепенно снижая емкость аккумулятора. Это явление называется саморазрядом.

Основные причины саморазряда батареи

(1) 3 основных пункта

1. После аккумулятор долго хранится, серная кислота будет тонуть, вызывая разность потенциалов между верхней и нижней пластинами, а вылитый из батареи электролит будет скапливаться на поверхности крышки батареи, а положительные и отрицательные полярности будут образовывать каналы, что приведет к саморазряду .
2. Материалы электролита и аккумуляторной пластины загрязнены, и между примесями и пластиной и между различными примесями, осевшими на пластине, образуется разность потенциалов, и через электролит генерируется частичный разряд.
3. The активный материал батареи Пластина отваливается, а нижняя часть отложения оказывается слишком большой, что приводит к короткому замыканию пластины, а также верхнего и нижнего слоев электролита аккумулятора, что приводит к саморазряду.

(2) Физические факторы

Почему аккумулятор, помещенный в автоматический выключатель, теряет заряд? Физические факторы в основном связаны с потерей электрохимических веществ внутри батареи и внутренними короткими замыканиями.

Потеря материала батареи является необратимой и приведет к потере емкости батареи, но потеря относится к воплощению характеристик восстановления емкости. Например, потеря мощности, вызванная коротким замыканием, будет потреблять текущую мощность, и эта часть реакции не повлияет на емкость.

Сумма потерь мощности (необратимых) и простых потерь мощности (обратимых) представляет собой величину саморазряда.

• Побочные реакции электрохимических материалов

Материальные побочные реакции в основном происходят в трех аспектах: материал положительного электрода, материал отрицательного электрода и электролит.

Материал	Материальные побочные реакции
Катодный материал	В основном это различные соединения лития, которые всегда слабо реагируют с электролитом, причем степень реакции различна в различных условиях окружающей среды.   Материал положительного электрода реагирует с электролитом с образованием нерастворимых продуктов, что делает реакцию необратимой. Материал положительного электрода, участвующий в реакции, теряет свою первоначальную структуру, и батарея теряет соответствующую мощность и постоянную емкость.
Отрицательный материал	Графитовые отрицательные электроды по своей природе способны реагировать с электролитами. В процессе связывания пленка SEI продукта реакции прикрепляется к поверхности электрода, что останавливает бурную реакцию между электродом и электролитом.   Однако эта реакция также протекает в небольшом количестве из-за дефектов пленки SEI. Реакция между электролитом и отрицательным электродом не только потребляет ион литияs в электролите, но также потребляет материал отрицательного электрода в электролите. То есть потеря электрической энергии, генерируемой в результате реакции между электролитом и отрицательным электродом, также приведет к потере максимально доступной емкости аккумулятора.
электролит	Помимо реакции с положительным и отрицательным электродами, он также реагирует с примесями в положительных и отрицательных материалах и даже с примесями в самом материале.   Все эти реакции генерируют необратимые продукты, приводящие к восстановлению ионов лития, что является причиной потери доступной емкости.

• явнутреннее короткое замыкание

В процессе производства аккумуляторов неизбежно будут смешиваться некоторые примеси. Некоторые из этих примесей могут вызвать небольшую проводимость положительного и отрицательного электродов, что нейтрализует заряд и повреждает источник питания.

Кроме того, отклонение размера и заусенцы при обработке токосъемника также приводят к вращению положительных и отрицательных электродов. В начале срок службы батареи цикле он менее подвержен саморазряду, но со временем возрастает вероятность возникновения сильного короткого замыкания в аккумуляторе.

Поэтому необходимо проводить регулярные эксперименты по испытанию характеристик саморазряда батареи в строгих лабораторных условиях и при соответствующем уровне влажности.

• Дефекты мембраны SEI

Первоначальная функция пленки SEI состоит в том, чтобы изолировать положительный и отрицательный электроды, через которые не могут пройти электроны. Если качество пленки неудовлетворительное, она не будет работать должным образом, например, это может привести к вздутию батареи и низкому напряжению. Даже небольшие дефекты могут существенно повлиять на скорость саморазряда.

И как время перезарядки аккумулятора продолжает увеличиваться, однородность и плотность пленки SEI будут меняться. Стареющая пленка SEI постепенно выявила свои недостатки при защите отрицательного электрода, что увеличивало контакт между отрицательным электродом и электролитом и усиливало побочные реакции.

Кроме того, различные качества пленок SEI также приведут к разным скоростям саморазряда во время раннего использования батарей.

Одним из способов уменьшения саморазряда является добавление добавок для улучшения качества пленки SEI.

(3) Целевой фактор

Скорость саморазряда батареи зависит от среды приложения, этапа использования и состояния приложения.

• Температура

Чем выше температура окружающей среды, тем выше активность электрохимического материала. Реакции с участием материала катода, материала анода и электролита протекают более интенсивно, что в то же время приводит к большей потере емкости.

• Заряжать

В частности, исследователи сравнили влияние зарядки на скорость саморазряда. Общая тенденция заключается в том, что чем выше заряд, тем выше скорость саморазряда.

Таким образом, чем выше заряд, тем выше положительный потенциал и ниже отрицательный потенциал. Следовательно, чем сильнее окислительное свойство положительного электрода, тем сильнее отрицательная полярность и тем сильнее побочная реакция.

• Время

В случае одинаковых потерь мощности и емкости, чем больше время, тем больше потери. Однако скорость саморазряда часто используется в качестве показателя для сравнения различных аккумуляторов.

Тем не менее, согласно той же предпосылке, время, по-видимому, является фактором, влияющим на степень саморазряда.

Цель тестирования скорости саморазряда

Тест скорости саморазряда имеет определенное эталонное значение.

1. Используйте скорость саморазряда в качестве индикатора качества батареи. Примените его к национальным стандартам, сравните уровень продукции разных производителей по горизонтали и проверьте качество отрасли.
2. Для сортировки ячеек. Последовательность батарея Pack — важный параметр качества аккумуляторной батареи после группировки. Были исследованы различные методы группировки клеток, и ожидается, что в одной упаковке будут использоваться клетки одинаковой концентрации. Скорость саморазряда является одним из часто используемых показателей электростатического экранирования.
3. Его можно использовать в качестве индикатора контроля качества продукции. При тестировании одной и той же партии аккумуляторов, если некоторые аккумуляторы имеют высокую скорость саморазряда, свидетельствующую о неудовлетворительном их качестве, их необходимо отбирать и обрабатывать индивидуально.
4. Используйте скорость саморазряда в качестве показателя для измерения степени старения батареи и оценки жизненного цикла батареи.

Метод обнаружения саморазряда

(1) Метод падения напряжения

Скорость падения напряжения при хранении используется для характеристики величины саморазряда. Этот метод прост в эксплуатации, но недостатком является то, что падение напряжения не может интуитивно отражать потерю емкости.

Метод падения напряжения является самым простым и практичным, и этот метод обычно используется в производстве тока.

(2) Метод снижения емкости

То есть выражается процент снижения мощности в единицу времени.

(3) Метод тока саморазряда Isd

Рассчитайте ток саморазряда Isd в течение аккумулятор для хранения в соответствии с соотношением между потерей мощности и временем.

(4) Расчет молей Li+, потребляемых побочными реакциями

Основываясь на влиянии скорости потребления Li+ на электронную проводимость пленки SEI отрицательного электрода во время хранения батареи, была получена зависимость между потреблением Li+ и временем хранения.

Проверка роли саморазряда

(1) Блок задач прогнозирования

В одной партии литиевых батарей материалы и производственный процесс в основном одинаковы.

Когда саморазряд отдельного элемента явно слишком велик, вполне вероятно, что серьезное микрокороткое замыкание вызвано загрязнениями и заусенцами, проникающими в сепаратор.

Производительность этого типа батарей не сильно отличается от обычных батарей в краткосрочной перспективе, но поскольку внутренняя необратимая реакция постепенно углубляется после длительного хранения, производительность батареи будет намного ниже, чем ее заводская производительность и другие обычные батареи. производительность.

Результаты показывают, что необратимая потеря максимальной емкости значительно увеличивается (например, необратимая потеря емкости достигает 5% в течение 3 месяцев, а обычная батарея достигает этого значения в течение одного года), а скорость сохранения емкости (0,5C/0,2 C, 1C/0,2C) снижается, цикл становится бедным и происходит осаждение лития.

Поэтому для обеспечения качества заводских аккумуляторов необходимо ликвидировать аккумуляторы с большим саморазрядом.

Однако из-за большой необратимой потери емкости саморазряжающихся аккумуляторов емкость может быть восстановлена после того, как батарея будет установлена хотя бы на четверть. Аккумулятор можно использовать, если емкость значительно не уменьшилась.

(2) Аккумулятор

Для аккумуляторов, которые необходимо собрать, значение K (в литиевая батарейка промышленности, относится к падению напряжения батареи в единицу времени) является важным показателем.

Когда аккумуляторная батарея собрана в Аккумуляторная батарея, различия в саморазряде элементов приведут к тому, что элементы в пакете станут несбалансированными. Саморазряд также может произойти, если внутри батареи имеется путь тока утечки.

Загрязнение твердыми частицами и рост дендритов могут вызвать «микрокороткие замыкания» внутри батареи, создавая пути утечки тока, которые могут привести к аккумулятору отказ. Таким образом, аккумулятор, который сильно разряжается, указывает на возможную неисправность.

В процессе измерения и расчета значения К, поскольку имеются очевидные различия в уровнях саморазряда при разных начальных напряжениях, необходимо следить за тем, чтобы первичное напряжение батареи находилось в небольшом диапазоне, а лучшее первичное напряжение диапазон - заводское напряжение самой фабрики аккумуляторов.

(3) Помогите установить заводское напряжение и емкость аккумулятора.

У некоторых клиентов есть такой запрос, что батарея необходимо отгрузить заказчику мощностью 601ТП3Т. В это время необходимо оценить степень саморазряда аккумулятора при транспортировке, чтобы определить заводское напряжение или емкость аккумулятора.

Кроме того, из-за различий в процессах, материалах и стадиях накопления энергии этот вопрос требует отдельных экспериментов, а данные других экспериментов нельзя просто применить.

Типичный анализ саморазряда батареи

Саморазряд связан с растворимостью материала положительного электрода в электролите и его нестабильностью (легким саморазложением) после нагревания. Саморазряд перезаряжаемых аккумуляторов намного выше, чем у первичных аккумуляторов.

Кроме того, разные типы аккумуляторов имеют разную месячную скорость саморазряда. Саморазряд первичных элементов значительно снижен, не превышая 21ТР3Т в год при комнатной температуре.

При хранении саморазряд сопровождается увеличением внутреннего сопротивления аккумулятора, что приведет к снижению нагрузочной способности аккумулятора. В случае большого разрядного тока потери энергии очевидны.

Типичная скорость саморазряда батареи
аккумуляторная система	Саморазряд или срок службы
Цинк-углерод	2-3 года жизни
Литий металлический	101ТП3Т через пять лет
Свинцово-кислотные	4-6% в месяц
Никель-кадмиевый сплав	15-20% в месяц
щелочной	2-3% в месяц
ион лития	1-5% в месяц

(1) Литий-ионный аккумулятор

Реакции саморазряда, происходящие в литий-ионных батареях, очень сложны. Скорость саморазряда литий-ионных аккумуляторов обычно составляет 2%-5% в месяц и 5%-8% при комнатной температуре.

Когда внутри батареи происходит необратимая реакция, результирующая потеря емкости является необратимой, в основном в том числе:

Необратимая реакция между материалом катода и электролитом

В основном это происходит в двух материалах, склонных к структурным дефектам, таких как манганат лития и никелат лития. Например, реакция катода манганата лития с ионами лития в электролите: liymn2o4xlixe-→литий xMn2O4.

Необратимая реакция между материалом анода и электролитом

Пленка SEI литий-ионных аккумуляторов используется для защиты отрицательного электрода от коррозии электролита. Возможная реакция между отрицательным электродом и электролитом: LiyC6→Liy-xC6 xLi xe-.

Необратимые реакции, вызванные примесями в электролите

Например, возможна реакция СО в двух растворителях: 2CO2 2e-2Li → карбонат лития, реакция О в двух растворителях: 1/2O2 2e-2Li. Эти реакции необратимо поглощают ионы лития в электролите, что приводит к потере емкости аккумулятора.

(2) Свинцово-кислотная батарея

Саморазряд свинцового электрода происходит из-за выделения кислорода и кислородной абсорбционной коррозии. Поскольку растворимость кислорода в серной кислоте невелика и его можно удалить, а концентрация ионов водорода в электролите высока, явление саморазряда, вызванное выделением кислорода, весьма очевидно.

Свинцовый уравновешивающий электрод имеет более низкий потенциал, чем водородный электрод. Из-за высокого перенапряжения выделения кислорода в водороде реакция выделения кислорода не очевидна. Если свинец имеет высокую чистоту и меньше примесей, коррозия с выделением кислорода будет меньше, и саморазряд, естественно, будет меньше.

(3) Никель-кадмиевая батарея

Для полностью заряженного электрода из оксида никеля во время хранения может произойти реакция выделения кислорода (OER) из-за присутствия нестабильного диоксида марганца, что приводит к саморазряду.

С одной стороны, отрицательный электрод из кадмия очень стабилен в электролите, поэтому скорость саморазряда никель-кадмиевой батареи очень мала; с другой стороны, площадь поверхности электрода никель-кадмиевой батареи с высокой скоростью разряда велика, и скорость саморазряда также велика.

(4) Ni-MH аккумулятор

Как и другие аккумуляторы, никель-металлогидридные аккумуляторы подвержены саморазряду. Устройство высоковольтной никель-металлгидридной батареи заполняет весь корпус батареи водородом, а электроактивный материал отрицательного электрода находится в непосредственном контакте с оксидом никеля, электроактивным материалом положительного электрода, для создания саморазряда. во время хранения.

Подведем итог

Аккумуляторы подвержены саморазряду. Это проблема не производственной линии, а характеристик батареи.

Хотя неправильные методы производства и обращения могут усугубить проблему. Что мы должны знать, так это то, что саморазряд является постоянным и необратимым. Для уменьшения саморазряда рекомендуется хранить элементы и батареи при более низких температурах.

ХАРВЕЙПОУ - Топ производитель аккумуляторов lifepo4 специализируется на создании первоклассных аккумуляторных батарей и строго реализует концепцию высоких стандартов, высокой производительности и высокой защиты окружающей среды. Такие как наш батарея Powerwall скорость саморазряда составляет всего 2% в месяц.

Больше часто задаваемых вопросов

(1) Что вызывает разрядку аккумулятора?

Короткое замыкание может вызвать чрезмерное потребление тока и разрядить батарею. Проверьте систему зарядки на наличие ослабленных или изношенных ремней генератора, электрических неисправностей (ослабленные, отсоединенные или отсоединенные провода) или неисправности генератора.

Неисправный двигатель также может привести к чрезмерному разряду аккумулятора во время проворачивания коленчатого вала.

(2) Что такое саморазряд аккумулятора?

Саморазряд батареи: полностью нормальный.

Батареи вырабатывают электричество в результате химических реакций внутри батареи, а это означает, что емкость батареи со временем постепенно уменьшается. Это явление называется саморазрядом. Саморазряд аккумулятора невозможен полностью. избегал. Но при должном обслуживание аккумулятора, можно уменьшить саморазряд аккумулятора.

(3) Какая батарея имеет самую высокую скорость саморазряда?

Типичные Ni/Cd и Ni/MH аккумуляторы имеют скорость саморазряда до 25% в месяц.

Это представляет собой серьезную логистическую проблему для пользователей, поскольку NiCd-аккумуляторы обычно необходимо заряжать, прежде чем их можно будет использовать в полевых условиях. Свинцово-кислотные и никель-кадмиевые аккумуляторы очень быстро теряют заряд.

(4) Как рассчитать скорость саморазряда батареи?

Самый простой способ: взять аккумулятор, зарядить его, измерить напряжение холостого хода (OCV) и оставить без каких-либо подключений. Возвращаясь к позже вы заметите, что аккумулятор имеет более низкое значение OCV, что указывает на более низкий уровень заряда аккумулятора. (SoC). Эта разница SOC и есть скорость саморазряда аккумулятора.

(5) Будет ли аккумулятор разряжается когда не используется?

В исправном аккумуляторе ионы свободно движутся между катодом и анодом. . . Батареи разряжаются, даже если вы ими не пользуетесь. Полностью заряженный литий-ионный аккумулятор потеряет около 20% своей емкости после года нормального хранения.