Perché le batterie agli ioni di litio non durano a lungo?

I principi di base di una batteria agli ioni di litio sono i seguenti:

Quando la batteria è completamente carica, l'elettrodo negativo è pieno di ioni di litio.

Non appena viene collegato a un elettrodomestico, questi ioni di litio iniziano a muoversi attraverso l'elettrolita verso l'elettrodo positivo e questa reazione chimica crea la carica elettrica ai terminali.

Quando non ci sono più ioni di litio rimasti sulla piastra negativa, la batteria è scarica e è necessaria la ricarica per invertire il processo.

Come funziona una batteria agli ioni di litio

ma in realtà il processo non è del tutto perfetto. Fin dal primo ciclo di scarica e ricarica, la capacità della batteria si riduce.

Ci sono quattro problemi in gioco:

Interfaccia dell'elettrolito solido accumulata sull'elettrodo negativo

Ossidazione elettrolitica sull'elettrodo positivo

Placcatura al litio

Degrado meccanico

L'interfaccia dell'elettrolito solido e l'ossidazione dell'elettrolito

Mentre una batteria agli ioni di litio viene caricata, gli ossidi di litio e di carbonato di litio formano un film sull'elettrodo negativo noto come Solid Electrolyte Interface (SEI).

Un film simile noto come ossidazione dell'elettrolita si verifica sull'elettrodo positivo se la batteria viene utilizzata a pieno o quasi pieno stato di carica a temperature di 40 ° C o superiori a 104 ° F. L'ossidazione degli elettroliti non è una novità, il processo viene utilizzato attivamente per trattare i metalli in modo che non si arrugginiscano. Questo è molto popolare nel settore nautico, ma non è il benvenuto in una batteria.

Questo calore può sembrare raro, ma le temperature di funzionamento all'interno di dispositivi come i laptop possono superare spesso questo limite. È anche comune in alcune parti del mondo, come Nissan ha scoperto quando i proprietari di auto elettriche che vivono in aree calde come l'Arizona citato in giudizio a causa della scarsa capacità della batteria dopo relativamente pochi cicli di scarica e ricarica.

L'ossidazione degli elettroliti aumenta anche i tassi di autoscarica che possono spiegare perché alcune batterie sembrano aver bisogno di una ricarica regolare anche quando non sono in uso.

Questi film sono inizialmente così sottili che la maggior parte degli ioni di litio può passare, ma dopo cicli di carica e scarica progressivi, si addensano gradualmente. Ogni volta che il film si ispessisce riduce il numero di ioni di litio che possono muoversi tra le piastre, influenzando la capacità della batteria di caricarsi completamente e aumentare il tempo necessario per la ricarica.

Vari produttori sono stati in grado di ridurre l'accumulo di uno o entrambi i film con l'aggiunta di determinate sostanze chimiche all'elettrolita, ma nessuno è riuscito a fermare del tutto il processo.

Quando le batterie agli ioni di litio vengono caricate rapidamente, la velocità alla quale gli ioni escono dall'elettrodo positivo e si dirige verso l'elettrodo negativo supera la velocità con cui l'elettrodo negativo può assorbire gli ioni. In tali casi gli ioni diventano quindi un deposito metallico sull'elettrodo.

L'elettrodo positivo è particolarmente scarso per assorbire gli ioni a basse temperature, quindi miscelare una carica rapida e un ambiente freddo e ottenere una ricetta per la placcatura rapida del litio.

Meno ioni intorno significa meno capacità della batteria. In circostanze più estreme, l'accumulo può causare il cortocircuito della batteria e il guasto completo.

Batteria agli ioni di litio da 36 v 12 Ah