Comprender correctamente la autodescarga de la batería
¿Estás usando o comprando baterías? Es importante comprender la autodescarga de una batería: el proceso por el cual la energía almacenada en una batería disminuye incluso cuando no está en uso.
No te preocupes si no sabes lo que esto significa, profundizaremos en todos los aspectos relacionados con la autodescarga y cómo puede afectar su uso.
En En la publicación del blog de hoy, discutiremos las causas de la autodescarga de las baterías, entenderemos por qué este fenómeno es necesario, para que podamos tomar las medidas adecuadas para extender ciclo de vida de la batería de litio .
¡Así que comencemos a comprender mejor cómo funciona la autodescarga!
¿Qué es la autodescarga de la batería?
Teóricamente, las baterías no reaccionan entre sí cuando no están en uso, y la reacción redox sólo ocurre cuando el aparato está conectado a la batería.
Sin embargo, en la vida real, las baterías comunes, incluidas pilas secas (alcalino), producirá reacciones químicas dentro de la batería. Es decir, no hay conexión entre los electrodos y reaccionará una cantidad muy pequeña de sustancias químicas en la batería.
Muchos ven los circuitos como sólo una forma posible de dirigir el flujo de electrones a su ubicación deseada. También hay cosas como electrolitos degradados, fugas, etc., pero los más destacados se deben a la química de la propia batería.
Estas reacciones internas reducen la carga almacenada de la batería, reduciendo gradualmente la capacidad de la batería. Este fenómeno se llama autodescarga.
Las principales causas de la autodescarga de la batería
(1) 3 puntos principales
- Después de la La batería se almacena durante mucho tiempo., el ácido sulfúrico se hundirá, provocando una diferencia de potencial entre las placas superior e inferior, y el electrolito desbordado de la batería se acumulará en la superficie de la tapa de la batería, y las polaridades positiva y negativa formarán canales, lo que provocará una autodescarga. .
- Los materiales del electrolito y de la placa de la batería son impuros y se forma una diferencia de potencial entre las impurezas y la placa y entre diferentes impurezas depositadas en la placa, y se genera una descarga parcial a través del electrolito.
- El Material activo de la batería. La placa se cae y la parte inferior del depósito es demasiado, lo que provoca un cortocircuito de la placa y de las capas superior e inferior del electrolito de la batería, lo que provoca una autodescarga.
(2) Factores físicos
¿Por qué un La batería colocada en un disyuntor pierde su carga.? Los factores físicos provienen principalmente de la pérdida de sustancias electroquímicas dentro de la batería y cortocircuitos internos.
La pérdida de material de la batería es irreversible y provocará la pérdida de capacidad de la batería, pero la pérdida se refiere a la realización del rendimiento de recuperación de capacidad. Por ejemplo, la pérdida de energía causada por un cortocircuito consumirá energía actual y la capacidad no se verá afectada por esta parte de la reacción.
La suma de la pérdida de capacidad (irreversible) y la pérdida de potencia simple (reversible) es la cantidad de autodescarga.
- Reacciones secundarias de materiales electroquímicos.
Las reacciones secundarias del material ocurren principalmente en tres aspectos: material del electrodo positivo, material del electrodo negativo y electrolito.
| Material | Reacciones secundarias materiales |
| Material del cátodo | Se trata principalmente de una variedad de compuestos de litio, que siempre tienen una ligera reacción con el electrolito y el grado de reacción es diferente en diferentes condiciones ambientales.
El material del electrodo positivo reacciona con el electrolito para formar productos insolubles, haciendo que la reacción sea irreversible. El material del electrodo positivo involucrado en la reacción pierde su estructura original y el La batería pierde su potencia correspondiente y capacidad permanente.. |
| material negativo | Los electrodos negativos de grafito tienen inherentemente la capacidad de reaccionar con electrolitos. Durante el proceso de unión, la película SEI del producto de reacción se adhiere a la superficie del electrodo, lo que detiene la reacción violenta entre el electrodo y el electrolito.
Sin embargo, esta reacción también se produce en pequeña medida debido a los defectos de la película SEI. La reacción entre el electrolito y el electrodo negativo no sólo consume el iones de litios en el electrolito, pero también consume el material del electrodo negativo en el electrolito. Es decir, la pérdida de energía eléctrica generada por la reacción entre el electrolito y el electrodo negativo también provocará la pérdida de la capacidad máxima disponible de la batería. |
| Electrólito | Además de reaccionar con los electrodos positivo y negativo, también reacciona con las impurezas de los materiales positivos y negativos, e incluso con las impurezas del propio material.
Todas estas reacciones generan productos irreversibles que conducen a la reducción de iones Li, lo que es responsable de la pérdida de capacidad disponible. |
- Icortocircuito interno
En el proceso de producción de baterías, inevitablemente se mezclarán algunas impurezas. Algunas de estas impurezas pueden provocar una ligera conducción de los electrodos positivo y negativo, lo que neutraliza la carga y daña la fuente de alimentación.
Además, la desviación de tamaño y las rebabas de procesamiento del colector de corriente también harán que los electrodos positivo y negativo giren. Temprano en la duración de la batería ciclo, muestra menos autodescarga, pero con el tiempo hay una mayor probabilidad de causar un cortocircuito masivo en la batería.
Por lo tanto, es necesario realizar pruebas periódicas de las características de autodescarga de la batería en un entorno de laboratorio estricto y con un nivel de humedad adecuado.
- Defectos de la membrana SEI
La función original de la película SEI es aislar los electrodos positivos y negativos a través de los cuales los electrones no pueden pasar. Si la calidad de la película es defectuosa, no funcionará correctamente, por ejemplo, puede causar inflación de la batería y bajo voltaje. Incluso los defectos más pequeños pueden tener un impacto significativo en la tasa de autodescarga.
Y como el tiempo de reciclaje de la batería continúa aumentando, la uniformidad y densidad de la película SEI cambiarán. La película SEI envejecida expuso gradualmente sus deficiencias al proteger el electrodo negativo, lo que aumentó el contacto entre el electrodo negativo y el electrolito y aumentó las reacciones secundarias.
Además, las diferentes calidades de las películas SEI también provocarán diferentes tasas de autodescarga durante el uso inicial de las baterías.
Uno de los métodos para reducir la autodescarga es agregar aditivos para mejorar la calidad de la película SEI.
(3) Factor objetivo
La tasa de autodescarga de una batería varía según el entorno de aplicación, la etapa de uso y el estado de la aplicación.
- Temperatura
Cuanto mayor sea la temperatura ambiente, mayor será la actividad del material electroquímico. Las reacciones que involucran el material del cátodo, el material del ánodo y el electrolito son más intensas, provocando al mismo tiempo una mayor pérdida de capacidad.
- Cargar
En particular, los investigadores compararon el efecto de la carga sobre la tasa de autodescarga. La tendencia general es que cuanto mayor es la carga, mayor es la tasa de autodescarga.
En resumen, cuanto mayor es la carga, mayor es el potencial positivo y menor el potencial negativo. Por lo tanto, cuanto más fuerte sea la propiedad oxidante del electrodo positivo, más fuerte será la polaridad negativa y más fuerte será la reacción secundaria.
- Tiempo
En el caso de la misma pérdida de potencia y capacidad, cuanto mayor sea el tiempo, mayor será la pérdida. Sin embargo, la tasa de autodescarga se utiliza a menudo como indicador para comparar diferentes baterías.
Dicho esto, bajo la misma premisa, el tiempo parece ser un factor que incide en el grado de autodescarga.
El propósito de probar la tasa de autodescarga
La prueba de tasa de autodescarga tiene cierto valor de referencia.
- Utilice la tasa de autodescarga como indicador de la calidad de la batería. Aplíquelo a los estándares nacionales, compare horizontalmente los niveles de productos de diferentes fabricantes y pruebe la calidad de la industria.
- Para clasificación de células. La consistencia de la batería El paquete es un parámetro importante para la calidad del paquete de baterías después del agrupamiento. Se han investigado varios métodos para agrupar células y se espera que se utilicen células de la misma concentración en el mismo paquete. La tasa de autodescarga es uno de los indicadores comúnmente utilizados para el cribado electrostático.
- Puede utilizarse como indicador del control de calidad del producto. Al probar el mismo lote de baterías, si algunas baterías tienen una alta tasa de autodescarga, lo que indica que su calidad es defectuosa, deben seleccionarse y procesarse individualmente.
- Utilice la tasa de autodescarga como índice para medir el grado de envejecimiento de la batería y evaluar el ciclo de vida de la batería.
Método de detección de autodescarga
(1) Método de caída de voltaje
La tasa de caída de voltaje durante el almacenamiento se utiliza para caracterizar la magnitud de la autodescarga. Este método es sencillo de operar, pero la desventaja es que la caída de voltaje no puede reflejar intuitivamente la pérdida de capacidad.
El método de caída de voltaje es el más simple y práctico, y es un método comúnmente utilizado en la producción de corriente.
(2) Método de caída de capacidad
Es decir, se expresa el porcentaje de reducción de capacidad por unidad de tiempo.
(3) Método de corriente de autodescarga Isd
Calcule la corriente de autodescarga Isd durante almacenamiento de batería según la relación entre pérdida de capacidad y tiempo.
(4) Cálculo de moles de Li+ consumidos por reacciones secundarias
Con base en la influencia de la tasa de consumo de Li+ en la conductancia electrónica de la película SEI del electrodo negativo durante el almacenamiento de la batería, se derivó la relación entre el consumo de Li+ y el tiempo de almacenamiento.
Prueba del papel de la autodescarga
(1) Unidad de problema de predicción
En el mismo lote de baterías de litio, los materiales y proceso de manufactura son básicamente iguales.
Cuando la autodescarga de una sola celda es obviamente demasiado grande, es probable que se produzca un microcortocircuito grave debido a impurezas y rebabas que perforan el separador.
El rendimiento de este tipo de batería no es muy diferente del de las baterías normales a corto plazo, pero a medida que la reacción interna irreversible se intensifica gradualmente después de un almacenamiento prolongado, el rendimiento de la batería será mucho menor que su rendimiento de fábrica y el de otras baterías normales. actuación.
Los resultados muestran que la pérdida irreversible de la capacidad máxima aumenta significativamente (por ejemplo, la pérdida de capacidad irreversible alcanza 5% en 3 meses, y la batería normal alcanza este valor en un año), y la tasa de retención de capacidad (0,5C/0,2 C, 1C/0,2C) disminuye, el ciclo se vuelve deficiente y se produce precipitación de litio.
Por lo tanto, para garantizar la calidad de las baterías de fábrica, se deben eliminar las baterías con gran autodescarga.
Sin embargo, debido a la gran pérdida irreversible de capacidad de las baterías autodescargantes, la capacidad se puede recuperar después de colocar al menos una cuarta parte de la batería. La batería se puede utilizar si la capacidad no disminuye significativamente.
(2) Paquete de baterías
Para baterías que necesitan ser ensambladas, el valor K (en el Batería de Litio industria, se refiere a la caída de voltaje de la batería por unidad de tiempo) es un indicador importante.
Cuando el paquete de baterías se ensambla en un paquete de baterías, las diferencias en la autodescarga de las células harán que las células dentro del paquete se desequilibren. También puede producirse una autodescarga si hay una ruta de corriente de fuga dentro de la batería.
La contaminación de partículas y el crecimiento de dendritas pueden crear "microcortos" dentro de la batería, creando rutas de corriente de fuga que pueden conducir a la batería falla. Por lo tanto, un La batería que se descarga excesivamente indica una posible falla..
En el proceso de medición y cálculo del valor K, dado que existen diferencias obvias en los niveles de autodescarga bajo diferentes voltajes iniciales, es necesario asegurarse de que el voltaje primario de la batería esté dentro de un rango pequeño, y el mejor voltaje primario El rango es el voltaje de fábrica de la propia fábrica de baterías.
(3) Ayuda a configurar el voltaje de fábrica y la capacidad de la batería.
Algunos clientes tienen la petición de que el batería debe enviarse al cliente con una capacidad de 60%. En este momento, es necesario evaluar el grado de autodescarga de la batería durante el transporte para determinar el voltaje o la capacidad de fábrica de la batería.
Además, debido a las diferencias en los procesos, materiales y etapas de almacenamiento de energía, este tema requiere experimentos separados y los datos de otros experimentos no se pueden aplicar simplemente.
Análisis típico de autodescarga de batería
La autodescarga está relacionada con la solubilidad del material del electrodo positivo en el electrolito y su inestabilidad (fácil de autodescomponer) después del calentamiento. La autodescarga de las baterías recargables es mucho mayor que la de las baterías primarias.
Además, los diferentes tipos de baterías tienen diferentes tasas de autodescarga mensuales. La autodescarga de las celdas primarias se reduce significativamente, no superando los 2% por año a temperatura ambiente.
Durante el almacenamiento, la autodescarga va acompañada de un aumento de la resistencia interna de la batería, lo que conducirá a una disminución de la capacidad de carga de la batería. En el caso de una corriente de descarga grande, la pérdida de energía es obvia.
|
Tasa típica de autodescarga de la batería |
|
| sistema de batería | Autodescarga o vida útil |
| Carbono de zinc | 2-3 años de vida útil |
| metal de litio | 10% en cinco años |
| Plomo-ácido | 4-6% por mes |
| Aleación de níquel-cadmio | 15-20% por mes |
| Alcalino | 2-3% por mes |
| iones de litio | 1-5% por mes |
(1) batería de iones de litio
Las reacciones de autodescarga que se producen en las baterías de iones de litio son muy complejas. La tasa de autodescarga de las baterías de iones de litio es generalmente de 2%-5% por mes y de 5%-8% a temperatura ambiente.
Cuando ocurre una reacción irreversible dentro de la batería, la pérdida de capacidad resultante es irreversible y incluye principalmente:
Reacción irreversible entre el material del cátodo y el electrolito.
Ocurre principalmente en dos materiales propensos a defectos estructurales, como el manganato de litio y el niquelato de litio. Por ejemplo, la reacción del cátodo de manganato de litio con iones de litio en el electrolito: liymn2o4xlixe-→lithium xMn2O4.
Reacción irreversible entre el material del ánodo y el electrolito.
La película SEI de las baterías de iones de litio se utiliza para proteger el electrodo negativo de la corrosión del electrolito. La posible reacción entre el electrodo negativo y el electrolito es: LiyC6→Liy-xC6 xLi xe-.
Reacciones irreversibles causadas por impurezas en el electrolito.
Por ejemplo, la posible reacción del CO en dos disolventes: 2CO2 2e-2Li → carbonato de litio, la reacción del O en dos disolventes: 1/2O2 2e 2Li. Estas reacciones consumen irreversiblemente iones de litio en el electrolito, lo que provoca una pérdida de capacidad de la batería.
(2) Batería de plomo-ácido
La autodescarga del electrodo de plomo proviene del desprendimiento de oxígeno y de la corrosión por absorción de oxígeno. Dado que la solubilidad del oxígeno en el ácido sulfúrico es pequeña y puede eliminarse, y la concentración de iones de hidrógeno en el electrolito es alta, el fenómeno de autodescarga causado por el desprendimiento de oxígeno es muy obvio.
El electrodo de equilibrio de plomo tiene un potencial menor que el electrodo de hidrógeno. Debido al alto sobrepotencial de desprendimiento de oxígeno del hidrógeno, la reacción de desprendimiento de oxígeno no es obvia. Si el plomo tiene alta pureza y menos impurezas, la corrosión por desprendimiento de oxígeno será más ligera y la autodescarga, naturalmente, será menor.
(3) Batería de níquel-cadmio
Para un electrodo de óxido de níquel completamente cargado, puede ocurrir una reacción de evolución de oxígeno (REA) durante el almacenamiento debido a la presencia de dióxido de manganeso inestable, lo que resulta en una autodescarga.
Por un lado, el electrodo negativo de cadmio es muy estable en el electrolito, por lo que la tasa de autodescarga de la batería de níquel-cadmio es muy pequeña; por otro lado, la superficie del electrodo de la batería de níquel-cadmio de descarga de alta velocidad es grande y la tasa de autodescarga también es grande.
(4) batería Ni-MH
Al igual que otras baterías, las de hidruro metálico de níquel están sujetas a autodescarga. El dispositivo de la batería de hidruro metálico de níquel de alto voltaje llena toda la caja de la batería con hidrógeno y el material electroactivo del electrodo negativo está en contacto directo con el óxido de níquel, el material electroactivo del electrodo positivo, para generar la autodescarga. durante el almacenamiento.
Resumir
Las baterías están sujetas a autodescarga. Este no es un problema de la línea de producción, sino de las características de la batería.
Aunque los métodos de fabricación y manipulación inadecuados pueden agravar el problema. Lo que debemos saber es que la autodescarga es permanente y no se puede revertir. Para reducir la autodescarga, se recomienda almacenar las pilas y baterías a temperaturas más bajas.
HARVEY POW - una cima fabricante de la batería lifepo4 se centra en la creación de baterías de almacenamiento de energía de primer nivel e implementa estrictamente el concepto de altos estándares, alto rendimiento y alta protección ambiental. Como nuestro batería de pared eléctrica la tasa de autodescarga es tan baja como 2% por mes.
Más preguntas frecuentes
(1) ¿Qué hace que la batería se descargue?
Un cortocircuito puede provocar un consumo excesivo de corriente y agotar la batería. Revise el sistema de carga en busca de correas del alternador flojas o desgastadas, fallas eléctricas (cables sueltos, desconectados o desconectados) o falla del alternador.
Un motor que funciona mal también puede hacer que la batería se descargue excesivamente durante el arranque.
(2) ¿Qué es la autodescarga de la batería?
Autodescarga de la batería: completamente normal.
Las baterías generan electricidad a través de reacciones químicas dentro de la batería, lo que significa que la capacidad de la batería disminuye gradualmente con el tiempo. Este fenómeno se denomina autodescarga. La autodescarga de la batería no puede ser completamente evitado. Pero con la adecuada mantenimiento de la batería, se puede reducir la autodescarga de la batería.
(3) ¿Qué batería tiene la mayor tasa de autodescarga?
Las baterías típicas de Ni/Cd y Ni/MH tienen una tasa de autodescarga de hasta 25% por mes.
Esto presenta un problema logístico importante para los usuarios, ya que las baterías de NiCd normalmente deben cargarse antes de poder usarse en el campo. Baterías de plomo ácido y níquel-cadmio pierden su carga muy rápidamente.
(4) ¿Cómo calcular la tasa de autodescarga de la batería?
La forma más sencilla: tomar una batería, cargarla, medir su voltaje de circuito abierto (OCV) y dejarla reposar sin ninguna conexión. Volviendo a la batería más tarde, notará que la batería tiene un OCV más bajo, lo que indica que la batería está en un estado de carga más bajo. (SoC). Esta diferencia de SOC es la tasa de autodescarga de la batería.
(5) Será el la batería pierde energía cuando no está en uso?
En una batería en buen estado, los iones fluyen libremente entre el cátodo y el ánodo. . . Las baterías se degradan incluso cuando no las usas. un completo batería de iones de litio cargada perderá alrededor de 20% de su capacidad después de un año de almacenamiento normal.