wrzesień 28, 2024

[Anleitung ] Umfassender Leitfaden zur Lebensdauer von LiFePO4 Batterie

Lithium Ionen Batterie(Li Ion) wird immer beliebter, da die Welt auf saubere und nachhaltige Energie umstellt. Diese Batterien sind für ihre hohe Energiedichte und lange Lebensdauer bekannt und haben die Branche revolutioniert. Viele Nutzer fragen sich jedoch oft: „Wie lange halten Lithium Ionen Batterien? In diesem Artikel gehen wir dieser Frage nach und untersuchen, wie LiFePO4 Batterie, ein fortschrittlicher Typ von Lithium Ionen Batterie, im Hinblick auf ihre Langlebigkeit abschneiden.

Inhaltsübersicht

Teil 1. Was ist eine Lithium Ionen Batterie?

Lithium Ionen Batterie, einschließlich Lithium Eisen Phosphat Batterie (LiFePO4), sind wiederaufladbar und verwenden Lithium Ionen als Hauptbestandteil des Elektrolyts. LiFePO4 Batterien bieten mehrere Vorteile gegenüber anderen Batterietypen, z. B. eine längere Lebensdauer, einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Energiedichte, einen geringeren Wartungsaufwand, mehr Sicherheit und Umweltfreundlichkeit. Diese Eigenschaften machen sie ideal für netzunabhängige netzunabhängige Energiesysteme, Anwendungen mit hoher Leistung und mobile Lösungen.

Lithium Ionen Batterien werden aufgrund ihrer hohen Energiedichte und ihres geringen Gewichts häufig als Starterbatterien in Fahrzeugen eingesetzt. Sie sind für diese Anwendung gut geeignet, da sie für kurze Zeit einen hohen Strom zum Anlassen des Motors liefern können. Allerdings haben Lithium Ionen Batterien, die als Starterbatterien verwendet werden, in der Regel eine geringe Kapazität und sollten nicht zu stark entladen werden, um Schäden zu vermeiden.

Im Gegensatz dazu eignen sich LiFePO4 Batterien hervorragend als Tiefzyklusbatterien. LiFePO4 Batterien haben eine längere Zykluslebensdauer als Lithium Ionen Batterien und bieten eine hohe Leistung über einen längeren Zeitraum.

Teil 2. Wie lange halten Lithium Ionen Batterien?

Standard Lithium Ionen Batterien haben je nach Verwendung eine durchschnittliche Lebensdauer von 2-3 Jahren. Bei richtiger Pflege und Einhaltung der Herstelleranweisungen kann die Lebensdauer auf fünf Jahre verlängert werden. Lithium Ionen Batterien sind temperaturempfindlich, und hohe Temperaturen können ihre Lebensdauer erheblich verkürzen. Daher ist es wichtig, Lithium Ionen Batterien an einem kühlen, trockenen Ort zu lagern, um hohe Temperaturen zu vermeiden und ihre Lebensdauer zu verlängern.

LiFePO4 Batterien sind eine fortschrittlichere und nachhaltigere Art von Lithium Ionen Batterien, die in der Industrie immer beliebter werden. Diese Batterien haben eine längere Lebensdauer als Standard Lithium Ionen Batterien, bis zu 10 Jahre oder mehr. Darüber hinaus sind LiFePO4 Batterien sehr stabil und sicher und stellen eine zuverlässigere und nachhaltigere Lösung für netzunabhängige Stromversorgungen und mobile Anwendungen dar.

Ein wesentlicher Vorteil von LiFePO4 Batterien ist ihre Fähigkeit, mehr Lade- und Entladezyklen zu bewältigen. Während Standard Lithium Ionen Batterien bis zu 500-1.000 Zyklen aushalten, können LiFePO4 Batterien bis zu 2.000 Zyklen aushalten, was sie auf lange Sicht zu einer haltbareren und kostengünstigeren Lösung macht. Timeusb LiFePO4 Batterien können zwischen 4.000 und 15.000 Zyklen aushalten und haben eine Lebensdauer von über 10 Jahren, was sie zu einem idealen Ersatz für Blei Säure Batterien macht. Die Lebensdauer liegt zwischen 4.000 und 15.000 Zyklen, was sie zu einem idealen Ersatz für Blei Säure Batterien macht. Darüber hinaus sind LiFePO4 Batterien sicherer als herkömmliche Lithium Ionen Batterien, da sie aufgrund ihrer Chemie weniger Gefahr laufen, zu überhitzen oder zu explodieren.

Timeusb bietet qualitativ hochwertige LiFePO4 Batterien an, die für lange Lebensdauer, Effizienz und Nachhaltigkeit ausgelegt sind. Wir bieten eine breite Palette von Batteriegrößen und Kapazitäten für eine Vielzahl von netzunabhängigen und mobilen Anwendungen. Wir sind stolz auf die Qualität und Haltbarkeit unserer Batterien und testen sie gründlich, um die Zufriedenheit unserer Kunden sicherzustellen.

Teil 3. Faktoren, die die Lebensdauer von Lithium Ionen Batterien beeinflussen

Ausgehend von der Untersuchung der Faktoren, die sich auf die Lebensdauer von Lithium Ionen Batterien auswirken, sind die folgenden Faktoren zu nennen, die die Lebensdauer von Lithium Ionen Batterien beeinträchtigen können.

3.1 Während der Lagerung

1) Temperatur

Die Hauptursache für den Kapazitätsverlust in Batterien während der Lagerung ist die Temperatur, wobei höhere Temperaturen die thermische Zersetzung von Elektroden und Elektrolyten beschleunigen.

Durch die Zersetzung des Elektrolyten nimmt die Dicke des Films an der Festelektrolyt-Grenzfläche (SEI) auf der Anode zu, wodurch Lithiumionen verbraucht werden, der Innenwiderstand steigt und die Batteriekapazität sinkt. Bei dieser Zersetzung entstehen auch Gase, die den Innendruck erhöhen und ein Sicherheitsrisiko darstellen. Wie in Tabelle 3.1 dargestellt, verlieren Lithium Ionen Batterien, die bei gleichem Ladezustand (40 %) und unterschiedlichen Temperaturen gelagert werden, im Laufe eines Jahres unterschiedlich viel Kapazität.

Der Batterieabbau nimmt mit steigenden Temperaturen zu, wobei extreme Temperaturen den Kapazitätsverlust erheblich beschleunigen. Beispielsweise führt ein Temperaturanstieg von 0°C auf 25°C zu einem Kapazitätsverlust von nur 2 %, während ein Anstieg um 20°C von 40°C auf 60°C zu einem Kapazitätsverlust von 10 % führt.

Tabelle 3.1

Temperaturen über 30°C sind für LithiumIonen Batterien sehr belastend und können die Lebensdauer der Batterie erheblich verkürzen. Um die Lebensdauer der Batterien zu verlängern, wird empfohlen, Lithium Ionen Batterien bei Temperaturen zwischen 5°C und 20°C zu lagern.

2) Ladezustand (Ladestatus, SOC)

Wie in Abbildung 3.2 dargestellt, steigt die Leerlaufspannung (OCV) einer Lithium Ionen Batterien mit zunehmendem Ladezustand (SOC). Je höher der SOC der Batterie ist, desto höher ist auch die OCV bei der Speicherung. Ein Anstieg der OCV führt jedoch zum Wachstum der Festelektrolyt-Grenzfläche (SEI) und zur Oxidation des Elektrolyten, was zu einem Kapazitätsverlust und einem erhöhten Innenwiderstand (IR) führt.

Abbildung 3.2

Abbildung 3.3 zeigt die unterschiedlichen Abbaugeschwindigkeiten von Lithium Ionen Batterien nach zehn Jahren Lagerung bei verschiedenen SOC-Werten. Mit steigendem SOC-Wert nimmt die verbleibende Kapazität der Li-Ionen-Batterie schneller ab.

Abbildung 3.3

Um die Degradation der Batterie zu minimieren und die Lebensdauer zu verlängern, wird empfohlen, Lithium Ionen Batterien bei einem mittleren SOC-Wert zu lagern. Es wird empfohlen, Lithium Ionen Batterien vor der Lagerung auf etwa 50 % SOC zu laden oder zu entladen.

3.2 Beim Radfahren

1) Temperatur:

Während der Betrieb einer Batterie bei höheren Temperaturen die Leistung vorübergehend verbessern kann, kann ein längeres Fahren bei hohen Temperaturen die Lebensdauer der Batterie verkürzen. Eine Batterie, die bei 30 °C betrieben wird, hat beispielsweise eine um 20 % kürzere Lebensdauer, und bei 45 °C halbiert sich die Lebensdauer im Vergleich zu einer Batterie, die bei 20 °C betrieben wird.

Der Hersteller empfiehlt eine Nennbetriebstemperatur von 27 °C, um die Leistung der Batterie zu optimieren. Andererseits erhöhen sehr niedrige Temperaturen den Innenwiderstand und verringern die Entladekapazität. Eine Batterie, die bei 27 °C eine Kapazität von 100 % aufweist, bietet bei -18 °C nur noch eine Kapazität von 50 %.

Die Entladekapazität von Lithium Polymer Batterie variiert mit der Temperatur und ist bei niedrigen Temperaturen (0°C, -10°C, -20°C) geringer als bei hohen Temperaturen (25°C, 40°C, 60°C). Das Laden von Lithium Ionen Batterien bei niedrigen Temperaturen (unter 15°C) kann die Verschlechterung der Batterieleistung beschleunigen, da sich die Einbettung der Lithium Ionen verlangsamt und eine Lithiumplattierung verursacht wird, die den Innenwiderstand erhöht und die Entladekapazität weiter verringert.

Abbildung 3.4

Um die Lebensdauer und Leistung von Lithium Ionen Batterien zu maximieren, wird empfohlen, sie bei moderaten Temperaturen zu verwenden. Eine Temperatur von 20 °C oder etwas darunter ist optimal für eine maximale Lebensdauer. Zur Maximierung der Akkulaufzeit empfiehlt der Hersteller jedoch eine etwas höhere Temperatur von 27 °C.

2) Entladetiefe

Die Entladetiefe (DOD) hat einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer von Lithium Ionen Batterien. Eine tiefere Entladung erzeugt Druck im Inneren der Batterie und beschädigt die negative Elektrodenposition, was den Kapazitätsverlust beschleunigt und das Risiko von Batterieschäden erhöht. Wie in Abbildung 3.5 dargestellt, führen tiefere Entladezyklen zu einer kürzeren Lebensdauer der Batterie.

Abbildung 3.5

Eine Entladetiefe von mehr als 50 % wird als Tiefentladung bezeichnet. Wenn die Spannung eines Lithium Ionen Akkus von 4,2 V auf 3,0 V abfällt, sind etwa 95 % seiner Energie verbraucht, was zu einer kürzesten Lebensdauer des Akkus im Dauerbetrieb führt. Um den Kapazitätsverlust zu minimieren, wird empfohlen, die Batterien so zu verwenden, dass eine vollständige Entladung vermieden wird. Das teilweise Entladen und Wiederaufladen von Lithium Ionen Batterien kann dazu beitragen, ihre Lebensdauer zu verlängern.

Die Hersteller stufen die Batterien in der Regel nach der Formel für die Entladetiefe (DOD) von 80 % ein, was bedeutet, dass nur 80 % der verfügbaren Energie während des Betriebs verbraucht werden und die restlichen 20 % zur Verlängerung der Batterielebensdauer gespeichert werden. Während ein niedriger DOD die Lebensdauer verlängern kann, kann ein zu niedriger DOD zu einer unzureichenden Laufzeit und der Unfähigkeit der Batterie, bestimmte Aufgaben zu erfüllen, führen. Für eine optimale Lebensdauer und Leistung wird für Lithium Ionen Batterien ein DOD Wert von etwa 50 % empfohlen.

3) Ladespannung

Lithium Ionen Akkus können mit höheren Spannungen geladen werden, um eine hohe Kapazität und längere Laufzeiten zu erreichen. Es wird jedoch nicht empfohlen, den Akku vollständig aufzuladen, da dies zu einer Lithiumplattierung führen kann, was zu einem Kapazitätsverlust, einer möglichen Beschädigung des Akkus und einer erhöhten Brand- oder Explosionsgefahr führen kann.

Abbildung 3.6

Abbildung 3.6 veranschaulicht den Kapazitätsabbau bei hohen Ladespannungen (4,2V/Zelle) und zeigt, dass der Kapazitätsverlust umso schneller erfolgt, je höher die Spannung ist und je kürzer die Lebensdauer ist. Für eine optimale Kapazität und Sicherheit beträgt die empfohlene Ladespannung 4,2V. Eine Verringerung der Ladespannung um 70 mV reduziert die Gesamtkapazität um etwa 10 %.

Tabelle 3.2 zeigt, dass die längste Zyklenlebensdauer (2400-4000 Zyklen) bei einer Ladespannung von 3,90 V erreicht wird und sich mit jeder Erhöhung der Ladespannung um 0,10 V im Bereich von 3,90 V bis 4,30 V halbiert.

Tabelle 3.2

Um eine ernsthafte Verschlechterung der Leistung von Lithium Ionen Akkus zu vermeiden, sollten sie mit einer Spannung von unter 4,10 V geladen werden. Eine niedrigere Ladespannung kann zwar die Lebensdauer des Akkus verlängern, verkürzt aber die Laufzeit. Außerdem sollten Entladespannungen unter 2,5 V pro Zelle vermieden werden, und eine Ladespannung von 3,92 V ist optimal für eine maximale Zyklusdauer. Aus diesem Grund empfiehlt Timeusb die Verwendung eines Standard Bleisäure Ladegeräts für LiFePO4 Akkus nicht, da es nicht genügend Spannung für eine ordnungsgemäße Ladung liefert.

Die empfohlenen Ladespannungen variieren je nach Art des Tiefzyklus Batteriesystems. Für elektronische Geräte wie Laptops und Mobiltelefone wird eine höhere Spannungsschwelle verwendet, um die Batterielebensdauer zu maximieren. Im Gegensatz dazu werden bei großen Energiespeichersystemen für Satelliten oder Elektrofahrzeuge niedrigere Spannungsschwellen verwendet, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern. Unabhängig von der Anwendung kann das Überladen von Lithium Ionen Batterien deren Lebensdauer erheblich verkürzen und Sicherheitsrisiken wie Feuer oder Explosionen bergen, weshalb es sorgfältig zu handhaben ist.

4) Ladestrom/Laderate

Lithium Ionen Batterien sind bei hohen C-Raten mit einer Reihe negativer Auswirkungen konfrontiert, darunter ein erhöhter Innenwiderstand, eine geringere verfügbare Energie, Sicherheitsprobleme und ein irreversibler Kapazitätsverlust.

Die wichtigste Folge hoher Ladegeschwindigkeiten ist die Ablagerung von Lithium. Das Laden einer Lithium Ionen Batterien mit einem hohen Strom führt zu einer schnellen Migration von Lithium-Ionen, die sich auf der Anodenoberfläche ansammelt und Lithiummetall bildet. Dieses Problem wird noch verschärft, wenn die Batterie bei niedrigen Temperaturen oder bei einem hohen Ladezustand (SOC) schnell geladen wird.

Das abgelagerte Lithium bildet eine dendritische Struktur, die die Selbstentladung der Batterie erhöht und in schweren Fällen zu Kurzschlüssen und möglichen Bränden führen kann. Darüber hinaus verursachen hohe Lade- und Entladeströme einen größeren Energieverlust aufgrund des Innenwiderstands, der Energie in Wärme umwandelt. Wenn die Ladeströme die empfohlenen Werte für eine Batterie überschreiten, kann die erhöhte Temperatur die Batterie belasten, was zu Schäden führt und den Kapazitätsverlust beschleunigt.

5) Häufiges Zyklieren

Häufige Zyklen von Lithium Ionen Batterien, insbesondere vier oder mehr Mal pro Tag, führen zu mechanischer Belastung und fördern das Wachstum einer Festelektrolyt-Zwischenschicht (SEI).

Li-Ionen-Batterien verlieren bei jedem Zyklus sowohl an der Kathode als auch an der Anode reaktive Lithiumstellen an den Elektroden, wodurch sich die Kapazität der Batterie verringert Die Ansammlung der SEI-Schicht erhöht den Innenwiderstand der Batterie, wodurch sich die elektronische Leitfähigkeit und die Ladekapazität verringern.

Die Verdickung der SEI-Schicht kann zusammen mit der Verringerung der auf Lithium reagierenden Stellen und anderen chemischen Veränderungen innerhalb der Zelle zu einem Kapazitätsverlust und schließlich zum Ausfall der Zelle führen. Obwohl es nur wenige spezifische Forschungsarbeiten zu diesem Thema gibt, wird allgemein angenommen, dass eine hohe Zyklenfrequenz die Degradation der Batterie aufgrund der durch den häufigen Gebrauch verursachten höheren Temperaturen beschleunigt.

Ständiges Zyklieren von Lithium Ionen Batterien ohne ausreichende Kühlzeit kann zu chemischen Belastungen führen, die eine Zersetzung des Elektrolyten und der Elektroden zur Folge haben können.

Teil 4. Möglichkeiten zur Verlängerung der Lebensdauer von Lithium Ionen Batterie

Um die Lebensdauer Ihrer Lithium Ionen Batterien zu verlängern, befolgen Sie die folgenden Richtlinien:

Richtige Temperatur einhalten: Hohe Temperaturen können die Lebensdauer der Batterien verkürzen. Es wird empfohlen, Lithium Ionen Batterieninnerhalb eines geeigneten Temperaturbereichs von 5°C bis 20°C zu lagern oder zu verwenden. 2. Teilweise Entladung und Aufladung: Eine teilweise Entladung und Aufladung wird empfohlen.

Teilweises Entladen und Wiederaufladen:Teilweises Entladen und Wiederaufladen (anstelle eines vollständigen Zyklus) von Lithium Ionen Batterien kann ihre Lebensdauer verlängern. Vermeiden Sie Tiefentladungen über 50% DOD, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern.
Moderate SOC-Werte beibehalten: Extreme SOC-Werte können zu Kapazitätsverlusten und einer verkürzten Lebensdauer der Batterie führen. Wenn Sie Lithium Ionen Batterien auf einem moderaten SOC-Niveau halten, können Sie die Degradation minimieren und die Lebensdauer der Batterie verlängern.

Vermeiden Sie hohe Temperaturen: Hohe Temperaturen während des Gebrauchs oder der Lagerung können die SEI-Dicke erhöhen und eine Oxidation des Elektrolyten verursachen, was zu einem Kapazitätsverlust und einer verkürzten Lebensdauer der Batterie führt.

Lagern Sie Batterien richtig, wenn sie nicht in Gebrauch sind: Halten Sie den SOC von Lithium Ionen Batterien bei etwa 50 %, wenn sie nicht in Gebrauch sind, und schützen Sie sie vor extremen Temperaturen und Feuchtigkeit.

Vermeiden Sie schnelles Laden und Entladen: Schnelles Laden oder Entladen erzeugt übermäßige Hitze, die mit der Zeit die internen Komponenten des Akkus beschädigen und seine Lebensdauer verkürzen kann.

Verwenden Sie ein OEM-Ladegerät: Die Verwendung eines OEM-Ladegeräts, das speziell für Lithium Ionen Batterienentwickelt wurde, stellt sicher, dass sie die richtige Spannung und den richtigen Strom erhalten, was Schäden verhindert und ihre Lebensdauer verlängert. Timeusb bietet das richtige Ladegerät für LiFePO4 Batterien, um sicherzustellen, dass LiFePO4-Lithium-Batterien richtig geladen werden.

Teil 5. Häufig gestellte Fragen zu Lithium Ionen Batterien

1. Wie lange halten Lithium Autobatterien?

Die Lebensdauer von Lithiumbatterien in Kraftfahrzeugen hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter die Qualität der Batterie, das Nutzungsverhalten und die Umweltbedingungen. Im Allgemeinen kann eine gut gewartete Lithium-Autobatterie 8 bis 10 Jahre oder länger halten.

Die Lebensdauer der Batterie hängt jedoch von Faktoren wie der Häufigkeit der Fahrzeugnutzung, den Ladegewohnheiten, der Umgebungstemperatur und dem Fahrstil ab. Um die Lebensdauer und die Leistung der Batterie zu maximieren, ist es wichtig, die Richtlinien des Herstellers zur Wartung und zum Laden der Batterie zu befolgen.

2. Wie lange können Lithium Ionen Batterien ohne Aufladung verwendet werden?

Wie lange ein Lithium-Ionen-Akku ohne Aufladen verwendet werden kann, hängt von Faktoren wie der Kapazität des Akkus, dem Gerät, das er versorgt, und dem Stromverbrauch des Geräts ab. Im Durchschnitt können die meisten Lithium Ionen Batterien je nach Lagerungsbedingungen zwischen 2 und 10 Jahren ohne Wiederaufladung genutzt werden. Diese Zeitspanne kann jedoch je nach Temperatur, Nutzungsmuster und Lagerbedingungen variieren. Um die Lebensdauer zu maximieren, ist es wichtig, sie richtig zu lagern und den empfohlenen Ladezustand (SOC) einzuhalten. Auch wenn sie nicht benutzt werden, verlieren Lithium Ionen Batterien allmählich ihre Ladung und müssen unter Umständen vor der Benutzung wieder aufgeladen werden.

4. Sind LiFePO4 Batterien sicherer als Lithium Ionen Batterie ?

Ja, Lithium Ionen Batterien (LiFePO4 oder LFP) gelten aufgrund ihrer größeren chemischen Stabilität als sicherer als herkömmliche Lithium Ionen Batterien (Li-Ion). Diese Stabilität macht sie weniger anfällig für Überhitzung, thermisches Durchgehen und andere Sicherheitsprobleme.

LiFePO4 Batterien haben ein geringeres Risiko eines thermischen Durchgehens, da sie einen geringeren Innenwiderstand haben, der weniger Wärme erzeugt und die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung oder Explosion der Batterie verringert. Außerdem sind sie thermisch stabiler und können hohen Temperaturen ohne Leistungsabfall oder Kapazitätsverlust standhalten, so dass sie sich ideal für Anwendungen eignen, die eine dauerhafte und zuverlässige Energiequelle erfordern.

Teil 6. Lohnt es sich, in Lithium Ionen Batterien zu investieren?

Lithium Ionen Batterien sind den veralteten Blei-Säure-Batterien eindeutig überlegen. Sie sind leichter, haben eine höhere Leistungskapazität und eine geringere Selbstentladungsrate. Außerdem erfordern sie weniger Wartung und halten länger. Die Anschaffungskosten mögen zwar höher sein, doch die Gesamteinsparungen sind beträchtlich. Daher werden Lithium Ionen Batterien als wertvolle Investition betrachtet, da sie eine zuverlässige und wartungsarme Lösung für die Speicherung großer Energiemengen darstellen, die besonders dann von Vorteil ist, wenn sie am meisten benötigt wird.

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