Wat is de levensduur van een lithiumbatterij?
Cyclusleven
De levensduur van batterijen is een cruciale parameter voor het evalueren van de techno-economische efficiëntie van batterijen. Eén laad- en ontlaadcyclus wordt een cyclus of periode genoemd. Onder een bepaald ontladingsregime wordt het aantal cycli dat een batterij kan doorstaan voordat de capaciteit tot een bepaalde waarde daalt, de levensduur of levensduur genoemd.
De levensduur van de batterij wordt beïnvloed door de ontladingsdiepte (DOD) van de batterij. Daarom moet de uitdrukking van de levensduur ook de DOD aangeven. Bijvoorbeeld een levensduur van de batterij van 400 cycli/100% DOD of 1000 cycli/50% DOD. De levensduur van de batterij varieert per type batterij, en zelfs producten uit dezelfde serie en specificaties kunnen aanzienlijk verschillende levensduur hebben. Van de veelgebruikte batterijen hebben zink-zilverbatterijen de kortste levensduur, doorgaans slechts 30-100 cycli; lood-zuurbatterijen hebben een levensduur van 300-500 cycli; en lithium-ionbatterijen hebben een langere levensduur, met een levensduur van meer dan 1000 cycli.
Met toenemende laad- en ontlaadcycli is capaciteitsverlies van de secundaire batterij een onvermijdelijk proces. Dit komt doordat er tijdens het opladen-ontlaadcycli een aantal onomkeerbare processen plaatsvinden in de batterij, waardoor de ontladingscapaciteit van de batterij afneemt. Deze onomkeerbare factoren zijn hoofdzakelijk als volgt:
1) Het actieve oppervlak van de elektrode neemt voortdurend af tijdens laad- en ontlaadcycli, wat leidt tot een toename van de bedrijfsstroomdichtheid en polarisatie.
2) Actief materiaal laat los of migreert van de elektrode.
3) Sommige elektrodematerialen corroderen tijdens de werking op batterijen.
4) Tijdens het fietsen vormen zich dendrieten op de elektrode, waardoor micro-kortsluitingen in de batterij ontstaan.
5) Veroudering en slijtage van de afscheider.
6) Onomkeerbare veranderingen in de kristalmorfologie treden op in het actieve materiaal tijdens laad-ontladingscycli, waardoor de activiteit ervan wordt verminderd.
Houdbaarheid
Batterijen ondergaan capaciteitsveranderingen na langdurige opslag; dit kenmerk staat bekend als opslagprestaties. Hoewel er tijdens opslag geen elektrische energie vrijkomt, vindt zelf-zelfontlading altijd plaats in de batterij. Zelfs bij droge opslag kan een ontoereikende afdichting ervoor zorgen dat vocht, lucht en kooldioxide binnendringen, waardoor corrosie van de thermodynamisch onstabiele actieve materialen op de positieve en negatieve elektroden ontstaat, wat leidt tot oxidatie-reductiereacties en energieverlies. Bij natte opslag is dit nog duidelijker. De omvang van deze zelf-ontlading wordt uitgedrukt als de tijd die nodig is voordat de batterijcapaciteit daalt tot een bepaalde gespecificeerde capaciteit, ook wel de houdbaarheid (of houdbaarheid) genoemd.
