Die Umgebungsbedingungen, unter denen Lithium-Polymer-Batterien eingesetzt werden, haben einen entscheidenden Einfluss auf ihre Lebensdauer. Die Umgebungstemperatur spielt dabei eine besonders wichtige Rolle. Sowohl zu niedrige als auch zu hohe Temperaturen können die Lebensdauer von Lithium-Polymer-Batterien beeinträchtigen. In Anwendungen mit hoher Leistungsaufnahme und anderen Anwendungen, bei denen die Temperatur eine wichtige Rolle spielt, ist ein effektives Wärmemanagement erforderlich, um die Effizienz der Batterie zu verbessern.

Ursachen für interne Temperaturänderungen im Li-Polymer-Akkupack

FürLithium-Polymer-BatterienDie interne Wärmeerzeugung setzt sich aus Reaktionswärme, Polarisationswärme und Joulescher Wärme zusammen. Einer der Hauptgründe für den Temperaturanstieg in Lithium-Polymer-Akkus ist der durch den Innenwiderstand verursachte Temperaturanstieg. Aufgrund der hohen Dichte der Zellen sammelt sich zudem mehr Wärme im mittleren Bereich als am Rand, was zu einer verstärkten Temperaturungleichverteilung zwischen den einzelnen Zellen im Lithium-Polymer-Akku führt.

Methoden zur Temperaturregelung von Polymer-Lithium-Batterien

1. Interne Justierung

Der Temperatursensor wird an der repräsentativsten Stelle platziert, an der die größte Temperaturänderung auftritt, insbesondere an der Stelle der höchsten und niedrigsten Temperatur sowie im Zentrum des Bereichs mit der stärksten Wärmeansammlung der Polymer-Lithium-Batterie.

1. Externe Regulierung

Kühlungsregelung: Aufgrund der komplexen Wärmemanagementstruktur von Lithium-Polymer-Akkus wird derzeit meist die einfache Luftkühlung eingesetzt. Um eine gleichmäßige Wärmeabfuhr zu gewährleisten, kommt in den meisten Fällen die Parallellüftung zum Einsatz.

1. Temperaturregelung: Die einfachste Heizstruktur besteht darin, Heizplatten an der Ober- und Unterseite des Lithium-Polymer-Akkus anzubringen, um die Erwärmung zu realisieren. Alternativ kann vor und nach jedem Lithium-Polymer-Akku eine Heizleitung verlegt oder eine Heizfolie um den Akku gewickelt werden.Lithium-Polymer-Batteriezum Heizen.

Die Hauptgründe für die Kapazitätsminderung von Lithium-Polymer-Batterien bei niedrigen Temperaturen

1. Schlechte Elektrolytleitfähigkeit, schlechte Benetzung und/oder Durchlässigkeit der Membran, langsamere Migration von Lithiumionen, langsamere Ladungstransferrate an der Elektroden/Elektrolyt-Grenzfläche usw.

2. Darüber hinaus erhöht sich bei niedrigen Temperaturen die Impedanz der SEI-Membran, wodurch der Durchtritt von Lithiumionen durch die Elektroden/Elektrolyt-Grenzfläche verlangsamt wird. Ein Grund für den Anstieg der Impedanz des SEI-Films ist, dass sich Lithiumionen bei niedrigen Temperaturen leichter von der negativen Elektrode ablösen und schwieriger einbetten lassen.

3. Beim Laden tritt Lithiummetall auf und reagiert mit dem Elektrolyten, um einen neuen SEI-Film zu bilden, der den ursprünglichen SEI-Film bedeckt. Dies erhöht die Impedanz der Batterie und führt somit zu einer Verringerung ihrer Kapazität.

Auswirkungen niedriger Temperaturen auf die Leistung von Lithium-Polymer-Batterien

1. Auswirkungen niedriger Temperaturen auf das Lade- und Entladeverhalten

Mit sinkender Temperatur verringern sich die durchschnittliche Entladespannung und die Entladekapazität.Lithium-Polymer-Batterienwerden reduziert, insbesondere wenn die Temperatur -20 ℃ beträgt, sinken die Entladekapazität der Batterie und die durchschnittliche Entladespannung schneller.

2. Niedrige Temperaturen und deren Auswirkungen auf die Zyklusleistung

Die Kapazität der Batterie nimmt bei -10 °C schneller ab und beträgt nach 100 Zyklen nur noch 59 mAh/g, was einem Kapazitätsverlust von 47,8 % entspricht. Die bei niedriger Temperatur entladene Batterie wurde anschließend bei Raumtemperatur geladen und entladen, um die Kapazitätserholung zu untersuchen. Dabei erholte sich die Kapazität auf 70,8 mAh/g, was einem Kapazitätsverlust von 68 % entspricht. Dies zeigt, dass die Zyklen bei niedrigen Temperaturen einen größeren Einfluss auf die Kapazitätserholung der Batterie haben.

3. Auswirkungen niedriger Temperaturen auf die Sicherheitsleistung

Das Laden von Lithium-Polymer-Akkus ist ein Prozess, bei dem Lithiumionen von der positiven Elektrode durch die Migration des Elektrolyten in das negative Material wandern. Dabei polymerisieren die Lithiumionen zur negativen Elektrode, wobei jedes Lithiumion von sechs Kohlenstoffatomen gebunden wird. Bei niedrigen Temperaturen verringert sich die chemische Reaktionsaktivität, wodurch die Migration der Lithiumionen langsamer wird. Die Lithiumionen an der Oberfläche der negativen Elektrode, die nicht in das negative Material eingebettet sind, werden zu Lithiummetall reduziert und bilden Ausfällungen auf der Oberfläche der negativen Elektrode. Diese Ausfällungen können die Membran durchdringen und einen Kurzschluss im Akku verursachen, was den Akku beschädigen und zu Sicherheitsunfällen führen kann.

Abschließend möchten wir Sie noch einmal darauf hinweisen, dass Lithium-Polymer-Akkus im Winter bei niedrigen Temperaturen nicht geladen werden sollten. Aufgrund der Kälte bilden die Lithium-Ionen an der negativen Elektrode Ionenkristalle, die die Membran durchdringen und so einen Mikrokurzschluss verursachen können. Dies beeinträchtigt die Lebensdauer und Leistung und kann im schlimmsten Fall zu einer Explosion führen. Daher denken manche, dass Lithium-Polymer-Akkus im Winter nicht geladen werden können. Dies liegt daran, dass das Batteriemanagementsystem eine Schutzfunktion des Akkus darstellt.