Naarmate de wereld overschakelt op schone energie en duurzame bronnen, worden lithium-ionbatterijen (Li-ionbatterijen) steeds populairder. Deze batterijen, met hun hoge energiedichtheid en lange levensduur, hebben een revolutie teweeggebracht in de batterij-industrie. Een vraag die veel gebruikers zich echter stellen is: "Hoe lang gaan lithium-ionbatterijen mee?" In dit artikel gaan we dieper in op deze vraag en onderzoeken we hoe LiFePO4-batterijen, een geavanceerd type lithium-ionbatterij, presteren op het gebied van levensduur.
Deel 1: Wat zijn lithium-ionbatterijen?
Lithium-ionbatterijen, waaronder lithiumijzerfosfaatbatterijen (LiFePO4), zijn oplaadbare batterijen die lithiumionen als hoofdbestanddeel van hun elektrolyt gebruiken. LiFePO4-batterijen bieden verschillende voordelen ten opzichte van andere batterijtypen, zoals een langere levensduur, een hoger rendement en een hogere energiedichtheid, minder onderhoud, veiligheid en milieuvriendelijkheid. Deze eigenschappen maken ze ideaal voor off-grid energiesystemen, hoogwaardige toepassingen en mobiliteitstoepassingen.
Lithium-ionbatterijen worden vaak gebruikt als startaccu in voertuigen vanwege hun hoge energiedichtheid en lage gewicht. Ze zijn zeer geschikt voor deze toepassing omdat ze een korte, krachtige stroomstoot kunnen leveren om de motor te starten. Lithium-ionbatterijen die als startaccu worden gebruikt, hebben doorgaans een lagere capaciteit en mogen niet volledig worden ontladen om schade te voorkomen.
Daarentegen zijn LiFePO4-batterijen uitstekende batterijen voor diepe ontladingen. Ze zijn bestand tegen frequente diepe ontladingen, waardoor ze ideaal zijn voor de opslag van hernieuwbare energie en andere toepassingen met diepe ontladingen. Ze hebben een langere levensduur dan lithium-ionbatterijen en kunnen gedurende langere perioden een hoog vermogen leveren. Lees meer over de verschillen tussen deze twee batterijtypen in LiFePO4 versus lithium-ionbatterijen: welke batterij moet je kiezen?
Deel 2: Hoe lang gaan lithium-ionbatterijen mee?
Een standaard lithium-ionbatterij gaat gemiddeld 2 tot 3 jaar mee, afhankelijk van het gebruik. Deze levensduur kan echter worden verlengd tot wel vijf jaar als de batterij goed wordt onderhouden en gebruikt volgens de instructies van de fabrikant. Lithium-ionbatterijen zijn ook temperatuurgevoelig en hoge temperaturen kunnen hun levensduur aanzienlijk verkorten. Het is belangrijk om uw lithium-ionbatterij op een droge en koele plaats te bewaren om blootstelling aan hitte te voorkomen en de levensduur te verlengen.
LiFePO4-batterijen zijn een geavanceerder en duurzamer type lithium-ionbatterij dat steeds populairder wordt in de batterij-industrie. Deze batterijen hebben een langere levensduur dan conventionele lithium-ionbatterijen, tot wel 10 jaar of langer. LiFePO4-batterijen zijn bovendien extreem stabiel en veilig, waardoor ze een betrouwbaardere en duurzamere oplossing vormen voor stroomvoorziening en mobiliteit buiten het elektriciteitsnet.
Een belangrijk voordeel van LiFePO4-batterijen is hun vermogen om meer laad- en ontlaadcycli te doorstaan. Waar standaard lithium-ionbatterijen 500 tot 1000 cycli aankunnen, kunnen LiFePO4-batterijen tot wel 2000 cycli aan, waardoor ze op de lange termijn een duurzamere en kosteneffectievere oplossing zijn. De LiFePO4-batterijen van Litime hebben een levensduur van 4000 tot 15000 cycli, wat een gebruiksduur van meer dan 10 jaar mogelijk maakt, en vormen het perfecte alternatief voor loodzuuraccu's. Bovendien zijn LiFePO4-batterijen veel veiliger dan conventionele lithium-ionbatterijen, omdat hun chemische samenstelling ze minder gevoelig maakt voor oververhitting of explosies.
LiTime biedt hoogwaardige LiFePO4-batterijen die zijn ontworpen voor een langere levensduur, een hoger rendement en duurzaamheid. Een populair model is de 12V 100Ah LiFePO4-batterij, Deze batterijen zijn bij uitstek geschikt voor diverse toepassingen op het gebied van stroomvoorziening en mobiliteit buiten het elektriciteitsnet. We bieden een reeks batterijformaten en -capaciteiten om aan uiteenlopende eisen te voldoen. LiTime is trots op de kwaliteit en lange levensduur van haar batterijen, die grondig worden getest om klanttevredenheid te garanderen.
Deel 3: Factoren die de levensduur van lithium-ionbatterijen beïnvloeden
Volgens het onderzoek: EEN ONDERZOEK NAAR DE FACTOREN DIE DE DEGRADATIE VAN LITHIUM-IONBATTERIJEN BEÏNVLOEDEN Dit zijn de factoren die de levensduur van lithium-ionbatterijen kunnen beïnvloeden.
3.1 Tijdens opslag
1) Temperatuur
De belangrijkste oorzaak van capaciteitsverlies van batterijen tijdens opslag is temperatuur; hogere temperaturen leiden tot thermische ontbinding van de elektroden en de elektrolyt.
De ontbinding van het elektrolyt verhoogt de dikte van de vaste elektrolyt-interface (SEI)-laag op de anode, waardoor lithiumionen worden verbruikt, de interne weerstand (IR) van de cel toeneemt en de batterijcapaciteit afneemt. Dit ontbindingsproces produceert ook gassen die de interne druk verhogen en een veiligheidsrisico vormen. Zoals weergegeven in tabel 3.1, verliezen lithium-ionbatterijen die op dezelfde laadstatus (SOC) (40%) worden opgeslagen, verschillende percentages van hun capaciteit gedurende een jaar bij verschillende temperaturen.
De mate van degradatie neemt toe bij hogere temperaturen. Bovendien versnellen extreme temperaturen het capaciteitsverlies aanzienlijk. Een temperatuurstijging van 0 °C naar 25 °C resulteert slechts in een toename van 2% van het capaciteitsverlies, terwijl een stijging van 20 °C van 40 °C naar 60 °C een capaciteitsverlies van 10% veroorzaakt.
Temperaturen boven de 30 °C worden als belastend beschouwd voor lithium-ionbatterijen en kunnen leiden tot een aanzienlijke verkorting van de levensduur. Om de levensduur van de batterij te verlengen, is het raadzaam lithium-ionbatterijen op te slaan bij temperaturen tussen 5 °C en 20 °C.
2) Laadstatus (State of Charge, SOC)
Bij lithium-ionbatterijen neemt de open-circuitspanning (OCV) toe met een hogere laadstatus (SOC), zoals weergegeven in figuur 3.2. Tijdens opslag leidt een hogere SOC van de batterij tot een hogere OCV. Een hoge OCV kan echter leiden tot de groei van de vaste elektrolyt-interface (SEI) en elektrolytoxidatie in lithium-ionbatterijen veroorzaken, met capaciteitsverlies en een verhoogde interne weerstand (IR) tot gevolg.
De afbeelding toont de verschillende degradatiesnelheden van lithium-ionbatterijen bij verschillende laadniveaus (SOC) gedurende een opslagperiode van tien jaar. De resterende capaciteit van lithium-ionbatterijen neemt sneller af naarmate het laadniveau toeneemt.
3.2 Tijdens het fietsen
1) Temperatuur
Hoewel een hogere temperatuur tijdens het gebruik van een batterij de prestaties tijdelijk kan verbeteren, verkort langdurig gebruik bij hoge temperaturen de levensduur van de batterij. Een batterij die bij 30 °C werkt, heeft een 20% kortere levensduur, terwijl deze bij 45 °C slechts half zo lang meegaat als bij 20 °C.
Fabrikanten specificeren een nominale bedrijfstemperatuur van 27 °C voor batterijen om hun gebruiksduur te verlengen. Omgekeerd verhogen extreem lage temperaturen de interne weerstand van de batterij en verminderen ze de ontladingscapaciteit.Een batterij die bij 27°C 100% van zijn capaciteit behoudt, heeft bij -18°C nog maar 50% van zijn capaciteit.
De ontladingscapaciteit van lithium-polymeercellen die bij verschillende temperaturen worden ontladen, vertoont fluctuaties. De capaciteit van de batterijen is lager bij lage temperaturen (0 °C, -10 °C, -20 °C) dan bij hogere temperaturen (25 °C, 40 °C, 60 °C). Bovendien leidt het opladen van lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen (onder 15 °C) tot lithiumafzetting als gevolg van de vertraagde incorporatie van lithiumionen. Dit versnelt de degradatie van lithium-ionbatterijen door de interne weerstand van de batterij te verhogen en de ontladingscapaciteit verder te verlagen.
Om de levensduur en prestaties van lithium-ionbatterijen te maximaliseren, wordt aanbevolen ze bij gematigde temperaturen te gebruiken. Een temperatuur van 20 °C of iets lager is optimaal voor lithium-ionbatterijen om hun maximale levensduur te bereiken. Fabrikanten adviseren echter een iets hogere temperatuur van 27 °C voor lithium-ionbatterijen wanneer een maximale levensduur vereist is.
2) Diepte van de afvoer
Diepe ontlading heeft een doorslaggevende invloed op de levensduur van lithium-ionbatterijen. Diepe ontladingen veroorzaken druk in de lithium-ioncellen en beschadigen de negatieve elektroden, waardoor het capaciteitsverlies en mogelijke celbeschadiging worden versneld. Zoals in de afbeelding te zien is, geldt: hoe hoger de ontladingsdiepte (DOD), hoe korter de levensduur van de batterij.
Ontladingen van meer dan 50% worden als diepe ontladingen beschouwd. Wanneer de lading van een lithium-ionbatterij daalt van 4,2 V naar 3,0 V, is ongeveer 95% van de energie verbruikt en leidt continue ontlading tot een aanzienlijk kortere levensduur van de batterij. Om capaciteitsverlies te voorkomen, moet volledige ontlading tijdens de laad- en ontlaadcyclus van een lithium-ionbatterij worden vermeden. Gedeeltelijke ontlading en herlading van lithium-ionbatterijen wordt aanbevolen om hun levensduur te verlengen.
Fabrikanten gebruiken doorgaans de 80% DOD-formule om een batterij te beoordelen. Dit betekent dat slechts 80% van de geleverde energie tijdens gebruik wordt benut, terwijl de resterende 20% is gereserveerd voor het verlengen van de levensduur van de batterij. Het verlagen van de DOD-waarde kan de levensduur van lithium-ionbatterijen verlengen, maar een te lage DOD-waarde kan leiden tot een onvoldoende lange levensduur en het onvermogen om bepaalde taken uit te voeren. Het wordt aanbevolen om een DOD-waarde van ongeveer 50% aan te houden bij het gebruik van lithium-ionbatterijen om een maximale levensduur en optimale gebruiksduur te bereiken.
3) Laadspanning:
Lithium-ionbatterijen kunnen een hoge capaciteit en een lange gebruiksduur bereiken met een hoge laadspanning. Het is echter niet aan te raden lithium-ionbatterijen volledig op te laden, omdat dit kan leiden tot lithiumafzetting, wat resulteert in capaciteitsverlies en mogelijk schade aan de batterij, met mogelijk brand- of explosiegevaar tot gevolg.
De afbeelding hierboven toont de capaciteitsvermindering bij hoge laadspanningen (> 4,2 V/cel), waarbij hogere spanningen leiden tot sneller capaciteitsverlies en een kortere levensduur. Een laadspanning van 4,2 V is het aanbevolen spanningsniveau voor optimale capaciteit volgens de veiligheidsnormen voor lithium-ionbatterijen. Een verlaging van de laadspanning met 70 mV vermindert de totale capaciteit met ongeveer 10%.
De onderstaande tabel laat ook zien dat de levensduur van de batterij het langst is bij een laadspanning van 3,90 V (2400-4000 V) en dat deze halveert bij elke verhoging van de laadspanning met 0,10 V in het bereik van 3,90 V tot 4,30 V.
Lithium-ionbatterijen moeten worden opgeladen met een spanning lager dan 4,10 V om aanzienlijke batterijdegradatie te voorkomen. Hoewel een lagere laadspanning de levensduur van de batterij verlengt, resulteert dit in een kortere gebruiksduur. Bovendien moet ontladen onder de 2,5 V per cel worden vermeden en is de optimale laadspanning voor een maximale levensduur 3,92 V. Om deze reden raadt LiTime af om LiFePO4-batterijen op te laden met een standaard loodzuurlader, omdat de spanning niet hoog genoeg is voor het opladen. Hieronder vindt u het aanbevolen laadspanningsformaat voor verschillende deep-cycle batterijsystemen.
Elektronische apparaten zoals laptops en mobiele telefoons hebben een hoge drempelspanning voor een optimale batterijduur. Voor grote energieopslagsystemen die in satellieten of elektrische voertuigen worden gebruikt, wordt de drempelspanning echter lager ingesteld om de batterijduur te verlengen. Ongeacht de toepassing kan het overladen van lithium-ionbatterijen de levensduur aanzienlijk verkorten en brand of explosies veroorzaken, dus voorzichtigheid is geboden.
4) Laadstroom/C-snelheid:
Lithium-ionbatterijen ondervinden diverse negatieve effecten bij hoge C-waarden, zoals een verhoogde interne weerstand, verlies van beschikbare energie, veiligheidsrisico's en onomkeerbaar capaciteitsverlies.
Een van de belangrijkste gevolgen van hoge C-waarden is lithiumafzetting. Wanneer een lithium-ionbatterij met een hoge stroomsterkte wordt opgeladen, bewegen de lithiumionen snel, wat leidt tot een ophoping van lithiumionen op het anodeoppervlak en de vorming van metallisch lithium. Dit proces wordt versneld wanneer batterijen snel worden opgeladen bij lage temperaturen en een hoge laadstatus (SOC).
Deze lithiumlaag kan onder invloed van de zwaartekracht een dendritische structuur aannemen, wat leidt tot een verhoogde zelfontlading van de batterij. In extreme gevallen kan dit kortsluiting en mogelijk brand veroorzaken. Bovendien leiden hoge laad- en ontlaadstromen ook tot grotere energieverliezen, omdat de interne weerstand van de batterij energie omzet in warmte. Als de C-waarde de aanbevolen waarde van de batterij overschrijdt, kan de verhoogde interne temperatuur de batterij belasten, beschadigen en het capaciteitsverlies versnellen.
5) Cyclusfrequentie
Het frequent laden en ontladen van lithium-ionbatterijen, met name wanneer ze vier of meer keer per dag worden gebruikt, kan leiden tot mechanische spanning en de groei van de vaste elektrolyt-interlaag (SEI) bevorderen.
Tijdens het laden en ontladen verliezen lithium-ionbatterijen zowel positieve als negatieve lithiumreactieplaatsen op hun elektroden, waardoor hun capaciteit afneemt. De opbouw van de SEI-laag tijdens het laden en ontladen verhoogt de interne weerstand van de batterij en vermindert de elektrische geleidbaarheid en laadbaarheid.
De verdikking van de SEI-laag, de afname van het aantal Li-centra en andere chemische veranderingen in lithium-ionbatterijen leiden tot capaciteitsverlies en uiteindelijk tot batterijuitval. Hoewel er geen gepubliceerd onderzoek is dat dit onderwerp direct behandelt, wordt aangenomen dat een hoge cyclusfrequentie de batterijdegradatie versnelt als gevolg van de hoge temperaturen die bij frequent gebruik ontstaan.
Als lithium-ionbatterijen continu cyclisch worden gebruikt zonder voldoende tijd om af te koelen, kan dit leiden tot chemische belasting, met als gevolg de ontbinding van de elektrolyten en elektroden.
Deel 4: Methoden om de levensduur van lithium-ionbatterijen te verlengen
- Bewaar de batterij bij een gematigde temperatuur: hoge temperaturen kunnen de levensduur van de batterij verkorten. Het is daarom aan te raden lithium-ionbatterijen te bewaren en te gebruiken bij een temperatuur tussen 5 °C en 20 °C.
- Gedeeltelijk ontladen en opladen: Het gedeeltelijk ontladen en opladen van lithium-ionbatterijen kan de levensduur verlengen. Het vermijden van diepe ontladingen boven de 50% ontladingsdiepte (DOD) kan ook bijdragen aan een langere levensduur van de batterij.
- Houd de laadstatus (SOC) op een gemiddeld niveau: Extreme SOC-niveaus kunnen leiden tot capaciteitsverlies en een kortere levensduur van de batterij. Door lithium-ionbatterijen op een gemiddeld SOC-niveau te houden, wordt slijtage geminimaliseerd en de levensduur verlengd.
- Vermijd blootstelling aan hitte: hoge temperaturen tijdens gebruik of opslag van batterijen kunnen de dikte van de SEI-laag vergroten en elektrolytoxidatie veroorzaken, wat leidt tot capaciteitsverlies en een kortere levensduur van de batterij.
- Bewaar batterijen op de juiste manier wanneer ze niet in gebruik zijn: Bewaar lithium-ionbatterijen met een laadniveau van ongeveer 50% wanneer ze niet in gebruik zijn en bescherm ze tegen extreme temperaturen en vochtigheid.
- Vermijd snel opladen en ontladen: Snel opladen of ontladen kan leiden tot overmatige warmteontwikkeling, wat na verloop van tijd de interne componenten van de batterij kan beschadigen en de levensduur ervan kan verkorten.
- Gebruik OEM-laders (Original Equipment Manufacturer): Door OEM-laders te gebruiken, die specifiek zijn ontworpen voor lithium-ionbatterijen, zorgt u ervoor dat ze met de juiste spanning en stroomsterkte worden opgeladen. Dit voorkomt schade en verlengt hun levensduur. LiTime biedt geschikte LiFePO4-laders voor het opladen van LiFePO4-lithiumbatterijen.
Conclusie
Dit artikel beschrijft in detail de concepten met betrekking tot lithiumbatterijen, de factoren die van invloed zijn op lithiumbatterijen en hoe de levensduur ervan kan worden verlengd. We hopen dat het u helpt lithiumbatterijen beter te begrijpen. Als u de juiste lithiumbatterij wilt vinden, kunt u de officiële [website/document/etc.] raadplegen. LiTime-website Bezoek ons voor meer informatie over de betreffende producten en andere gegevens.
