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[Guida completa] per quanto tempo le batterie al litio ?
, Da Liu Ling, 19 min tempo di lettura
Sommario
Parte 1. Cosa sono le batterie agli ioni di litio?
Parte 2. Quanto durano le batterie agli ioni di litio?
Parte 3. Fattori che influenzano la durata utile delle batterie agli ioni di litio
3.1 Durante lo stoccaggio
3.2 Durante il funzionamento del ciclo
Parte 4. Metodi per estendere la durata delle batterie agli ioni di litio Parte 5. Domande frequenti sulle batterie agli ioni di litio
Parte 6. Vale la pena investire nelle batterie agli ioni di litio?
Parte 1. Cosa sono le batterie agli ioni di litio?
Batterie agli ioni di litio, comprese Batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4)sono ricaricabili e utilizzano gli ioni di litio come componente principale del loro elettrolita. Le batterie LiFePO4 offrono diversi vantaggi rispetto ad altri tipi di batterie, tra cui: B. maggiore durata utile, maggiore efficienza e densità energetica, minori esigenze di manutenzione, maggiore sicurezza e rispetto dell'ambiente. Queste proprietà li rendono ideali per sistemi di alimentazione fuori rete, applicazioni ad alte prestazioni e soluzioni di mobilità.
Le batterie agli ioni di litio vengono spesso utilizzate come batterie di avviamento nei veicoli grazie alla loro elevata densità energetica e al peso ridotto. Sono particolarmente adatti a questa applicazione perché possono fornire un impulso di corrente breve e elevato per avviare il motore. Le batterie agli ioni di litio utilizzate come batterie di avviamento hanno in genere una capacità inferiore e non devono essere scaricate troppo a fondo per evitare danni.
Al contrario, le batterie LiFePO4 sono ideali come batterie a scarica profonda. Possono resistere a frequenti scariche profonde e sono quindi ideali per l'accumulo di energia rinnovabile e altre applicazioni a ciclo profondo. Grazie al ciclo di vita più lungo rispetto alle batterie agli ioni di litio, le batterie LiFePO4 possono garantire applicazioni ad alte prestazioni per periodi di tempo più lunghi. Scopri di più sulle differenze tra 2 tipi di batteria su Batteria marina a ciclo profondo e di avviamento.
Parte 2. Quanto durano le batterie agli ioni di litio?
Una batteria standard agli ioni di litio dura in media dai 2 ai 3 anni, a seconda dell'utilizzo. Tuttavia, con una corretta manutenzione e seguendo le istruzioni del produttore, questa durata può essere estesa fino a cinque anni. Le batterie agli ioni di litio sono sensibili alla temperatura e le temperature elevate possono ridurne notevolmente la durata. Pertanto, è importante conservare la batteria agli ioni di litio in un luogo fresco e asciutto per evitare l'esposizione al calore e prolungarne la durata.
Le batterie LiFePO4 sono un tipo di batteria agli ioni di litio più avanzato e sostenibile, che sta riscuotendo sempre più successo nel settore. Queste batterie hanno una durata maggiore rispetto alle batterie agli ioni di litio convenzionali e possono durare fino a 10 anni o più.Inoltre, le batterie LiFePO4 sono estremamente stabili e sicure, offrendo una soluzione più affidabile e sostenibile per applicazioni di energia e mobilità fuori dalla rete elettrica.
Uno dei principali vantaggi delle batterie LiFePO4 è la loro capacità di gestire più cicli di carica e scarica. Mentre le batterie agli ioni di litio convenzionali possono durare fino a 500-1000 cicli, le batterie LiFePO4 possono durare fino a 2000 cicli, il che le rende una soluzione più duratura e conveniente nel lungo periodo. La batteria LiFePO4 di Regina del potere può sopportare tra 4000 e 15000 cicli e ha una durata utile di oltre 10 anni, il che la rende un'alternativa ideale alle batterie al piombo. Inoltre, le batterie LiFePO4 sono molto più sicure delle tradizionali batterie agli ioni di litio perché la loro composizione chimica le rende meno soggette a surriscaldamento o esplosione.
Power Queen offre batterie LiFePO4 di alta qualità, progettate per garantire una maggiore durata, maggiore efficienza e sostenibilità. Offriamo una gamma di batterie di diverse dimensioni e capacità adatte a varie applicazioni di alimentazione e mobilità fuori rete. Power Queen è orgogliosa della qualità e della durata delle sue batterie, che vengono testate accuratamente per garantire la soddisfazione del cliente.
Parte 3. Fattori che influenzano la durata utile delle batterie agli ioni di litio
Secondo lo studio Uno studio sui fattori che influenzano la degradazione delle batterie agli ioni di litioEcco i fattori che possono influenzare la durata delle batterie agli ioni di litio.
3.1 Durante lo stoccaggio
1) Temperatura
La causa principale della perdita di capacità della batteria durante lo stoccaggio è la temperatura: temperature più elevate provocano la decomposizione termica degli elettrodi e dell'elettrolita.
La decomposizione dell'elettrolita aumenta lo spessore della pellicola SEI ("Solid Electrolyte Interface") sull'anodo, che consuma ioni di litio, aumenta la resistenza interna e diminuisce la capacità della batteria. Questa decomposizione produce anche gas che aumentano la pressione interna e rappresentano un rischio per la sicurezza. Come mostrato nella Tabella 3.1, le batterie agli ioni di litio conservate allo stesso stato di carica (40%) perdono percentuali diverse della loro capacità nel corso di un anno a diverse temperature.
Il grado di degradazione aumenta con l'aumentare delle temperature e le temperature estreme accelerano notevolmente la perdita di capacità. Ad esempio, un aumento di 25 °C da 0 °C a 25 °C comporta una perdita di capacità solo del 2%, mentre un aumento di 20 °C da 40 °C a 60 °C comporta una perdita di capacità del 10%.
Tabella 3.1
Temperature superiori a 30 °C sono considerate stressanti per le batterie agli ioni di litio e possono comportare una significativa riduzione della loro durata utile. Per prolungare la durata della batteria, si consiglia di conservare le batterie agli ioni di litio a temperature comprese tra 5°C e 20°C.
2) Stato di carica (SOC)
Nelle batterie agli ioni di litio, la tensione a circuito aperto (OCV) aumenta con l'aumentare dello stato di carica (SOC), come mostrato nella Figura 3.2. Durante lo stoccaggio, un SOC più elevato della batteria determina un OCV più elevato. Tuttavia, un OCV elevato può portare alla crescita dell'interfaccia elettrolitica solida (SEI) e innescare l'ossidazione dell'elettrolita nelle batterie agli ioni di litio, con conseguente perdita di capacità e aumento della resistenza interna (IR).
Figura 3.2
Figura 3.La figura 3 mostra i diversi tassi di degradazione delle batterie agli ioni di litio a diversi valori SOC in un periodo di dieci anni di stoccaggio. La capacità residua delle batterie agli ioni di litio diminuisce più rapidamente con l'aumento del valore SOC.
Figura 3.3
Per ridurre al minimo il degrado della batteria e prolungarne la durata, è consigliabile mantenere le batterie agli ioni di litio a un livello SOC moderato. Si consiglia di caricare o scaricare le batterie agli ioni di litio fino a circa il 50% dello stato di carica (SOC) prima di riporle.
3.2 Durante il funzionamento del ciclo
1) Temperatura
Anche se l'aumento della temperatura durante il funzionamento della batteria può migliorare temporaneamente le prestazioni, cicli prolungati ad alte temperature ne ridurranno la durata. Ad esempio, una batteria utilizzata a 30 °C ha una durata di vita ridotta del 20%, mentre una batteria a 45 °C dura solo la metà rispetto a una a 20 °C.
Per ottimizzare la durata della batteria, i produttori specificano una temperatura di esercizio nominale di 27 °C. Al contrario, temperature estremamente basse aumentano la resistenza interna e riducono la capacità di scarica. Una batteria che ha il 100% della capacità a 27°C avrà solo il 50% della capacità a -18°C.
La capacità di scarica delle celle ai polimeri di litio varia con la temperatura: si osservano capacità inferiori a basse temperature (0°C, -10°C, -20°C) rispetto a temperature più elevate (25°C, 40°C, 60°C). La carica delle batterie agli ioni di litio a basse temperature (inferiori a 15°C) può portare alla placcatura in litio dovuta al rallentamento dello stoccaggio degli ioni di litio, che accelera la degradazione della batteria aumentando la resistenza interna e riducendo ulteriormente la capacità di scarica.
Figura 3.4
Per massimizzare la durata e le prestazioni delle batterie agli ioni di litio, si consiglia di utilizzarle a temperature moderate. Per ottenere la massima durata utile è ottimale una temperatura di 20 °C o leggermente inferiore. Tuttavia, i produttori consigliano una temperatura leggermente più alta, pari a 27°C, se si desidera massimizzare la durata della batteria.
2) Profondità di scarica (DOD)
La profondità di scarica (DOD) ha un impatto significativo sulla durata utile delle batterie agli ioni di litio. Le scariche profonde creano pressione nelle celle e danneggiano gli elettrodi negativi, accelerando la perdita di capacità e aumentando il rischio di danni alle celle. Come mostrato nella Figura 3.5, una maggiore profondità di scarica comporta una durata più breve della batteria.
Figura 3.5
Le profondità di scarica superiori al 50% sono definite scariche profonde. Quando la tensione di una batteria agli ioni di litio scende da 4,2 V a 3,0 V, circa il 95% della sua energia viene consumata, con conseguente riduzione della durata della batteria in caso di cicli continui. Per evitare perdite di capacità, si raccomanda di evitare scariche profonde durante la sostituzione della batteria. Le scariche e le cariche parziali delle batterie agli ioni di litio contribuiscono a prolungarne la durata utile.
Solitamente i produttori classificano una batteria in base alla formula DOD dell'80%, il che significa che solo l'80% dell'energia fornita viene utilizzata durante l'uso, mentre il restante 20% è riservato per prolungare la durata della batteria. Sebbene la riduzione del valore DOD possa prolungare la durata della batteria, un valore DOD troppo basso può comportare una durata insufficiente e l'impossibilità di completare determinate attività.Per le batterie agli ioni di litio, si consiglia un valore DOD di circa il 50% per ottenere la massima durata utile e un tempo di funzionamento ottimale.
3) Tensione di carica
Le batterie agli ioni di litio possono raggiungere un'elevata capacità e una maggiore autonomia con tensioni di carica elevate. Tuttavia, si sconsiglia la ricarica completa poiché potrebbe causare la placcatura al litio, con conseguente perdita di capacità e potenziale danneggiamento della batteria, aumentando il rischio di incendio o esplosione.
Figura 3.6
La figura 3.6 illustra la perdita di capacità a tensioni di carica elevate (> 4,2 V/cella) e mostra che tensioni più elevate comportano una perdita di capacità più rapida e una durata utile più breve. La tensione di carica consigliata per una capacità e una sicurezza ottimali è di 4,2 V. Riducendo la tensione di carica di 70 mV, la capacità totale può ridursi di circa il 10%.
La tabella 3.2 mostra che la durata del ciclo è più lunga con una tensione di carica di 3,90 V (2400-4000 cicli) e si dimezza con ogni aumento di 0,10 V della tensione di carica nell'intervallo da 3,90 V a 4,30 V.
Tabella 3.2
Per evitare un deterioramento significativo della batteria, le batterie agli ioni di litio devono essere caricate a una tensione inferiore a 4,10 V. Una tensione di carica più bassa prolunga la durata della batteria, ma si traduce in un tempo di funzionamento più breve. Inoltre, si dovrebbe evitare di scaricare al di sotto di 2,5 V/cella e una tensione di carica di 3,92 V è ottimale per ottenere la massima durata utile. Per questo motivo, Power Queen non lo consiglia per caricare una batteria Lifepo4 con un caricabatterie al piomboperché la sua tensione non è sufficiente per una carica corretta. Di seguito troverete il formato della tensione di carica consigliata per vari sistemi di batterie a ciclo profondo.
La tensione di carica consigliata dipende dal tipo di sistema di batterie a ciclo profondo. Per i dispositivi elettronici come computer portatili e telefoni cellulari, viene utilizzata una soglia di tensione più elevata per massimizzare la durata della batteria. Al contrario, i grandi sistemi di accumulo di energia per satelliti o veicoli elettrici impostano una soglia di tensione più bassa per prolungare la durata della batteria. Indipendentemente dall'applicazione, la sovraccarica delle batterie agli ioni di litio può ridurne notevolmente la durata utile e comportare rischi per la sicurezza, come incendi o esplosioni, e pertanto richiede una gestione attenta.
4) Corrente di carica/C-rate
Le batterie agli ioni di litio subiscono diversi effetti negativi a valori C elevati, tra cui aumento della resistenza interna, perdita di energia disponibile, problemi di sicurezza e perdita irreversibile di capacità.
Una conseguenza importante degli elevati tassi di C è la placcatura in litio. Quando una batteria agli ioni di litio viene caricata con corrente elevata, gli ioni di litio migrano rapidamente, causando un accumulo di litio sulla superficie dell'anodo e formando litio metallico. Questo processo è ulteriormente aggravato quando le batterie vengono caricate rapidamente a basse temperature o con uno stato di carica (SOC) elevato.
Il litio depositato può formare strutture dendritiche sotto l'influenza della gravità, il che aumenta l'autoscarica della batteria. Nei casi più gravi, ciò può causare cortocircuiti e potenziali incendi. Inoltre, le elevate correnti di carica e scarica contribuiscono a una maggiore perdita di energia dovuta alla resistenza interna, che converte l'energia in calore. Se il valore C supera il valore consigliato per la batteria, l'aumento della temperatura può sottoporla a sollecitazioni, danneggiandola e accelerandone la perdita di capacità.
5) Frequenza del ciclo
I cicli frequenti delle batterie agli ioni di litio, soprattutto se eseguiti quattro o più volte al giorno, possono causare stress meccanico e favorire la crescita dello strato di interfase elettrolitica solida (SEI).
Durante il ciclo, le batterie agli ioni di litio perdono sia i siti di reazione al litio positivi che negativi sugli elettrodi, riducendo la loro capacità. La struttura dello strato SEI aumenta la resistenza interna della batteria e riduce la conduttività elettronica e la capacità di carica.
L'ispessimento dello strato SEI, la riduzione dei siti di reazione al litio e altre modifiche chimiche nelle batterie agli ioni di litio portano alla perdita di capacità e, in ultima analisi, al guasto della batteria. Sebbene non esistano ricerche specifiche che affrontino direttamente questo problema, si ritiene che un'elevata frequenza di cicli acceleri il degrado della batteria a causa delle elevate temperature generate dall'uso frequente.
Il ciclo continuo delle batterie agli ioni di litio senza un tempo di raffreddamento sufficiente può causare stress chimico, portando alla decomposizione degli elettroliti e degli elettrodi.
Parte 4. Metodi per estendere la durata delle batterie agli ioni di litio
Per prolungare la durata delle batterie agli ioni di litio, è opportuno seguire le seguenti linee guida:
Conservare la batteria a temperature moderate: le temperature elevate possono ridurre la durata della batteria. Si consiglia di conservare o utilizzare le batterie agli ioni di litio a una temperatura moderata compresa tra 5°C e 20°C.
Scarica e carica parziale: la scarica e la carica parziale delle batterie agli ioni di litio possono prolungarne la durata. Per prolungare la durata della batteria, evitare scariche profonde superiori al 50%.
Mantenere valori SOC moderati: valori SOC estremi possono portare alla perdita di capacità e ridurre la durata della batteria. Mantenere le batterie agli ioni di litio a un livello SOC medio riduce al minimo il degrado e ne prolunga la durata.
Evitare l'esposizione al calore: le alte temperature durante l'uso o lo stoccaggio possono aumentare lo spessore dell'elettrolita SEI e innescare l'ossidazione dell'elettrolita, con conseguente perdita di capacità e riduzione della durata.
Conservare le batterie correttamentequando non vengono utilizzate: conservare le batterie agli ioni di litio a uno stato di carica (SOC) di circa il 50% e proteggerle da temperature estreme e umidità quando non vengono utilizzate.
Evitare cariche e scariche rapide: cariche e scariche rapide generano calore eccessivo, che nel tempo può danneggiare i componenti interni della batteria e ridurne la durata complessiva.
Utilizzare caricabatterie OEM (Original Equipment Manufacturer): l'utilizzo di caricabatterie OEM specificamente progettati per le batterie agli ioni di litio garantisce che ricevano la tensione e la corrente corrette, prevenendo danni e prolungandone la durata. Power Queen offre soluzioni adatte Caricabatterie LiFePO4 per caricare le batterie al litio LiFePO4.
Parte 5. Domande frequenti sulla batteria agli ioni di litio
1. Quanto durano le batterie al litio nelle auto?
La durata delle batterie al litio nelle automobili dipende da diversi fattori, tra cui la qualità della batteria, il comportamento d'uso e le condizioni ambientali. In generale, una batteria al litio ben tenuta in un'auto può durare dagli 8 ai 10 anni o anche di più.
Tuttavia, la durata può variare notevolmente a seconda della frequenza di utilizzo del veicolo, delle abitudini di ricarica, della temperatura ambiente e dello stile di guida. Per garantire la massima durata e le massime prestazioni, è importante seguire le linee guida del produttore per la manutenzione e la ricarica della batteria.
2. Quanto durano le batterie al litio in un camper?
Un ben mantenuto Batteria al litio in un camperl di solito dura tra i 5 e i 7 anni o più. Le batterie al litio Power Queen con un ciclo di vita fino a 4000-15000 cicli possono durare oltre 10 anni.
3. Quanto tempo può durare una batteria al litio senza essere ricaricata?
La durata di una batteria agli ioni di litio senza necessità di ricarica dipende da diversi fattori, tra cui la capacità della batteria, il dispositivo in cui è inserita e il consumo energetico del dispositivo. In media, la maggior parte delle batterie agli ioni di litio può durare dai 2 ai 10 anni senza essere ricaricata, a seconda delle condizioni di conservazione. Tuttavia, questo periodo può variare a seconda della temperatura, delle condizioni di utilizzo e di conservazione. Una corretta conservazione e il mantenimento dello stato di carica (SOC) consigliato sono essenziali per massimizzare la durata della batteria. Anche quando non vengono utilizzate, le batterie agli ioni di litio possono perdere la carica nel tempo e potrebbe essere necessario ricaricarle prima dell'uso.
4. Una batteria LiFePO4 è più sicura di una batteria agli ioni di litio?
Sì, le batterie al litio ferro fosfato (LiFePO4 o LFP) sono considerate più sicure delle batterie agli ioni di litio (Li-ion) convenzionali. Ciò è dovuto alla loro chimica più stabile, che li rende meno soggetti a surriscaldamento, fuga termica e altri problemi di sicurezza.
Le batterie LiFePO4 presentano un rischio inferiore di fuga termica perché hanno una resistenza interna inferiore, ovvero generano meno calore, il che riduce la probabilità di danni alle celle o di esplosione. Inoltre, offrono una maggiore stabilità termica e possono resistere a temperature elevate senza perdita di capacità, il che li rende ideali per applicazioni che richiedono una fonte di alimentazione continua e affidabile.
Parte 6. Ne vale la pena si IL investimento In Batterie agli ioni di litio?
Rispetto alle batterie al piombo obsolete Le batterie agli ioni di litio sono innegabilmente la scelta migliore. Sono più leggere, hanno una maggiore capacità di accumulo di energia e un tasso di autoscarica inferiore. Richiedono inoltre meno manutenzione e hanno una durata maggiore. Anche se inizialmente sono più costosi, il risparmio complessivo che comportano è notevole. Per questo motivo riteniamo che le batterie agli ioni di litio siano un investimento prezioso. Rappresentano un modo affidabile e pratico per immagazzinare grandi quantità di energia, il che può rivelarsi particolarmente utile quando è più necessaria.
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