Grundlagen von Lithium-Ionen-Batterien: Wie sie funktionieren, warum sie ausfallen und wie man sie verhindert

Wenn Sie angeben oder Quelle angeben Lithium-Ionen-BatterienDas Verständnis der Grundlagen ist nicht optional. Zellenauswahl, Packdesign und Batteriemanagemententscheidungen wirken sich direkt und noch Jahre nach Unterzeichnung der Bestellung auf die Produktsicherheit, Garantiekosten und die Betriebslebensdauer aus.

In diesem Leitfaden erfahren Sie, wie Lithium-Ionen-Batterien funktionieren, was zu ihrem Ausfall führt und was erforderlich ist, um einen Ausfall in kommerziellen und industriellen Anwendungen zu verhindern. Wir schreiben es von der Herstellungsseite aus: was wir während der Zellqualifizierung und Produktionsinspektion überprüfen und was unsere Kunden bereithalten müssen, bevor wir mit der Entwicklung eines Pakets beginnen.

Zusamenfassend: Eine Lithium-Ionen-Zelle speichert Energie, indem sie Lithiumionen zwischen einer Graphitanode und einer Metalloxid- oder Phosphatkathode durch einen flüssigen Elektrolyten bewegt. NMC bietet die höchste Energiedichte. LFP bietet die beste thermische Stabilität und die längste Zyklenlebensdauer. Und fast jeder unten beschriebene Fehlermodus ist durch Zellenbeschaffung, Packdesign und BMS-Schutzeinstellungen vermeidbar und nicht durch Pech.

Warum Lithium-Ionen-Batterien die dominierende Wahl sind

Lithium-Ionen-Batterien haben in den meisten Anwendungen Bleisäure-, Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Chemikalien verdrängt, und das geschah nicht durch Zufall. Die Gründe liegen in der Energiedichte, der Lebensdauer und den Betriebskosten.

Energiedichte

Kein Memory-Effekt

Im Gegensatz zu Nickel-Cadmium leiden Lithium-Ionen-Zellen nicht darunter “Memory-Effekt.” Sie können in jedem Zustand ohne langfristigen Kapazitätsverlust geladen oder entladen werden, was das Lademanagement in variablen Arbeitszyklen vereinfacht.

Längere Lebensdauer & Größere nutzbare Kapazität

Lithium-Ionen-Batterien überdauern Blei-Säure- und Nickel-basierte Chemikalien bei Anwendungen mit hohen Zyklen, manchmal um ein Vielfaches.

Insbesondere LFP-Zellen können bei einer Entladetiefe von 80 Prozent mehr als 3.000 Zyklen erreichen, wohingegen eine Blei-Säure-Batterie im gleichen Arbeitszyklus einige Hundert erreichen könnte.

Warum die Lücke so groß ist: Bleisäure muss in der Regel über etwa 50 Prozent des Ladezustands bleiben, um ihre Lebensdauer zu gewährleisten, während Lithium-Ionen-Batterien sicher 80 bis 100 Prozent ihrer Nennkapazität nutzen können. Sehen Wie lange dauert der Batteriezyklus? erfahren Sie, wie sich die Entladetiefe und die Laderate in der Praxis auf diese Zahl auswirken.

Geringere Toxizität

LFP-Batterien enthalten weder Kobalt noch Schwermetalle und sind daher weniger toxisch als Lithium-Ionen-Batterien auf Kobaltbasis.

Geringere Selbstentladung

Lithium-Ionen-Zellen haben eine Selbstentladung von 1 bis 3 Prozent pro Monat. Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Zellen verlieren 10 bis 15 Prozent pro Monat, wenn sie nur im Regal liegen. Dieser Unterschied ist für die Notstromversorgung und die saisonale Ausrüstung von Bedeutung.

Ein Blei-Säure-System ersetzen?

Käufer, die in Gabelstaplern, Notstromaggregaten, Standby-Systemen und Schiffsausrüstung auf Bleisäure umsteigen, stellen eine spezifischere Frage als “Welche Chemie hat eine höhere Energiedichte?”

Die Entladungsspannung von Bleisäure nimmt während der Entladung stetig ab. Ein Lithium-Ionen-Akku hält die Ausgangsspannung bis nahezu zur vollständigen Erschöpfung konstant und erfordert kein Nachfüllen von Wasser oder Ausgleichsladung.

Flache Spannung, größere nutzbare Kapazität, keine Wartung: Diese Kombination ist der Grund, warum ein Lithium-Ionen-Akku mit einer bestimmten Kapazität mehr nutzbare Energie in einem kleineren und leichteren Gehäuse liefert als ein Blei-Säure-Akku mit derselben Nennkapazität. Die vollständige Aufschlüsselung, einschließlich Energiedichte, Ladezeit, Temperaturleistung, Lagerung und Gesamtkosten, finden Sie unter Lithium vs. Bleisäure: Auswahl der richtigen Batterie.

So funktionieren Lithium-Ionen-Batterien

Eine Lithium-Ionen-Zelle besteht aus vier Kernkomponenten. Informationen dazu, wie diese Komponenten zu einem fertigen Paket zusammengefügt werden, einschließlich Sammelschienen, Gehäusen und Anschlüssen, finden Sie unter Der ultimative Leitfaden für Komponenten von Lithium-Ionen-Akkus.

Beim Laden wird eine externe Stromquelle betrieben, um Lithiumionen aus dem Kathodenmaterial zu drücken. Die Ionen wandern durch den Elektrolyten und dringen in die Graphitanode ein, während gleichzeitig Elektronen durch den externen Stromkreis von der Kathode zur Anode fließen.

Die Entladung kehrt es einfach um. Lithiumionen verlassen die Graphitanode und wandern durch den Elektrolyten zurück zur Kathode, Elektronen fließen in die andere Richtung durch den externen Stromkreis, und dieser Elektronenfluss versorgt die Last mit Strom.

Diese reversible Bewegung von Ionen zwischen Elektroden macht Lithium-Ionen-Batterien wiederaufladbar. Es ist auch die Chemie, die John Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino das eingebracht hat Nobelpreis für Chemie 2019.

Gemeinsame Kathodenchemie

Das Kathodenmaterial hat den größten Einfluss auf die Leistung, Sicherheit und Kosten einer Zelle.

Lithiumkobaltoxid (LCO)

Hohe Energiedichte, relativ geringe thermische Stabilität. Wird hauptsächlich in der Unterhaltungselektronik wie Smartphones und Laptops verwendet, wo die Energiedichte im Vordergrund steht und die Batteriegröße begrenzt ist. Aufgrund der kürzeren Lebensdauer und der höheren Hitzeempfindlichkeit seltener in Industrie- oder Hochzyklusanwendungen.

Lithiummanganoxid (LMO)

Bessere thermische Stabilität als LCO. Wird in einigen EV-Anwendungen und Elektrowerkzeugen verwendet, weist jedoch eine geringere Energiedichte als NMC oder NCA auf.

Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (NCA)

Sehr hohe Energiedichte, verwendet in Hochleistungs-Elektrofahrzeuganwendungen. Erfordert aufgrund der höheren Hitzeempfindlichkeit ein starkes Wärmemanagement.

Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC)

Die am häufigsten verwendete Chemie in industriellen und kommerziellen EV-Anwendungen. Es gleicht Energiedichte, Lebensdauer und thermische Stabilität gut aus und ist in mehreren Verhältnisvarianten erhältlich (NMC 111, NMC 532, NMC 622, NMC 811), die jeweils einen Kompromiss zwischen Energiedichte, thermischer Stabilität und Kosten darstellen.

Lithiumeisenphosphat (LFP)

Geringere Energiedichte als NMC oder NCA, aber deutlich bessere thermische Stabilität und Zyklenlebensdauer. Kein Kobaltgehalt, was die Rohstoffkosten und das Lieferkettenrisiko reduziert. Dies ist die bevorzugte Wahl für stationäre Speicher, kommerzielle Elektrofahrzeuge, Schiffsausrüstung und industrielle Anwendungen, überall dort, wo Sicherheitsmarge und Lebensdauer wichtiger sind als kompakte Größe. Eine vollständige Aufschlüsselung nebeneinander finden Sie unter LFP vs. NMC: technischer Vergleichsleitfaden.

Was verursacht den Ausfall eines Lithium-Ionen-Akkus?

Jeder, der Lithium-Ionen-Batteriesysteme spezifiziert, konstruiert oder betreibt, muss diese sieben Fehlermechanismen verstehen. Weitere Informationen dazu, wie diese als Feldretouren und Garantieansprüche angezeigt werden, finden Sie unter Ursachen für den Ausfall eines Lithium-Akkupacks Und Verständnis der Sicherheit von Li-Ionen-Batterien.

1. Elektrolytverdunstung und Druckaufbau

Der organische Elektrolyt in einer Lithium-Ionen-Zelle hat einen relativ niedrigen Siedepunkt. Wenn die Zelle übermäßige Temperaturen erreicht, typischerweise dauerhaft über 60 °C, beginnt der Elektrolyt zu verdampfen und Gas zu erzeugen, das den Innendruck erhöht und dazu führt, dass die Zelle anschwillt oder sich ausbaucht.

Eine geschwollene Zelle ist ein Warnsignal für gefährliche Zustände und muss sofort außer Betrieb genommen werden.

2. Schmelzen des Separators

Der Separator zwischen Kathode und Anode besteht normalerweise aus Polyethylen, Polypropylen oder einer Schichtkombination aus beiden. Polyethylen beginnt bei etwa 130 bis 135 °C zu erweichen und sich zu erwärmen, wodurch seine Poren geschlossen werden, um den Ionenfluss zu stoppen, bevor es noch schlimmer wird. Polypropylen hält seine Struktur bei einer höheren Temperatur, etwa 165 °C. Aus diesem Grund wird bei vielen handelsüblichen Separatoren eine Polyethylenschicht zwischen Polypropylenschichten eingelegt: Das Polyethylen schaltet sich früher ab, während das Polypropylen die physikalische Barriere etwas länger intakt hält.

Wenn der Separator durchschmilzt oder durch eine andere Fehlerart durchbrochen wird, kommen Kathode und Anode in direkten Kontakt und erzeugen einen internen Kurzschluss. Dadurch entsteht schnell Hitze und kann ein thermisches Durchgehen auslösen.

3. Sauerstofffreisetzung und thermisches Durchgehen

Bei hohen Temperaturen setzen oxidbasierte Kathodenmaterialien, einschließlich LCO, LMO, NMC und NCA, Sauerstoff frei. Dieser Sauerstoff reagiert mit dem verdampften Elektrolyten und löst eine unkontrollierte exotherme Reaktion aus. Die Wärme dieser Reaktion beschleunigt die weitere Sauerstofffreisetzung und den Elektrolytabbau, und der Kreislauf nährt sich von selbst: das ist thermisches Durchgehen. Wenn es einmal begonnen hat, ist es äußerst schwierig, es ohne Eingreifen von außen zu stoppen.

LFP-Zellen widerstehen dem thermischen Durchgehen weitaus besser als die Alternativen, da die Eisenphosphatstruktur bei thermischer Belastung keinen Sauerstoff freisetzt.

4. Überladung und Dendritenbildung

Das Laden einer Zelle über ihre maximale Spannung hinaus zwingt überschüssige Elektronen dazu, sich mit Lithiumionen an der Anodenoberfläche zu verbinden, anstatt dass diese Ionen richtig in die Graphitstruktur eindringen. Dadurch bilden sich Lithiummetallablagerungen, sogenannte Dendriten, die mit der Zeit durch den Elektrolyten wachsen und den Separator durchdringen können, wodurch ein interner Kurzschluss entsteht.

Eine genaue Spannungsüberwachung und ein Überladeschutz im Batteriemanagementsystem sind der wichtigste Schutz gegen diesen Fehlermodus.

5. Lithiumbeschichtung durch Aufladen bei kalten Temperaturen

Bei niedrigen Temperaturen bewegen sich Lithiumionen langsamer durch den Elektrolyten. Das Laden mit hohem Strom unter kalten Bedingungen erfordert, dass Ionen schneller in die Graphitanode eindringen, als dies physisch möglich ist, sodass sich überschüssiges Lithium als metallisches Lithium auf der Anodenoberfläche ablagert, anstatt vom Graphit absorbiert zu werden.

Diese Beschichtung verringert die Kapazität dauerhaft und kann außerdem zu einem Kurzschlussrisiko führen, wenn die Ablagerungen durch den Separator wachsen.

Jede Anwendung, die in kalten Umgebungen betrieben wird, benötigt einen temperaturabhängigen Ladungsschutz. Als allgemeine Regel gilt: Reduzieren Sie den Ladestrom deutlich unter 0 °C und vermeiden Sie das Laden bei den meisten Lithium-Ionen-Akkus vollständig unter -20 °C.

6. Entladung unter die Mindestspannung

Wenn eine Lithium-Ionen-Zelle unter ihre Mindestspannung gezogen wird, beginnt sich der Kupferstromkollektor an der Anode im Elektrolyten aufzulösen. Wenn die Zelle anschließend wieder aufgeladen wird, kann sich das gelöste Kupfer wieder ablagern, jedoch nicht in der ursprünglichen einheitlichen Folie. Durch unregelmäßige Kupferablagerungen kommt es zu inneren Kurzschlüssen.

Um dies zu verhindern, muss das Batteriemanagementsystem eine Mindestzellspannungsabschaltung erzwingen. Bei den meisten Lithium-Ionen-Chemikalien liegt dieser Wert bei 2,5 bis 2,8 V. Für LFP liegt die typische Untergrenze bei 2,5 V.

7. Herstellungsfehler und Verunreinigungen

Partikelverunreinigungen, die während der Zellherstellung entstehen, sind eine der häufigsten Ursachen für frühes Zellversagen. Metallpartikel oder andere Verunreinigungen im Inneren einer Zelle erzeugen lokale interne Kurzschlüsse, die sich in einem Kapazitätsverlust, einer ungewöhnlichen Selbstentladung oder, in schweren Fällen, einem thermischen Ereignis bemerkbar machen.

Die Beschaffung von Zellen von Herstellern mit dokumentierter, überprüfbarer Qualitätskontrolle ist eine Beschaffungsentscheidung, die sich auf die Sicherheit auswirkt, und nicht nur eine Kostenfrage.

Batterieausfälle verhindern: Drei Verteidigungslinien

Zeile 1: Zellqualität

Cell quality is the foundation everything else sits on. Not all cells built to the same specification perform the same way; differences in process control, raw material purity, and inspection standards show up as real differences in field reliability.

When evaluating cell suppliers:

1. Request and verify UN 38.3 transport test reports.
2. Confirm cell level certifications such as UL 1642 or IEC 62133.
3. Assess the manufacturer’s quality management system at the facility level.
4. Request capacity and internal resistance data across a full production batch, not just a handful of samples.
5. Understand how the supplier inspects incoming raw materials.

Line 2: Battery Pack Design

A well designed pack manages heat, spreads current evenly, and contains the consequences of a single cell failure.

Wärmemanagement. Zellen erzeugen beim Laden und Entladen Wärme, und wenn diese Wärme nicht abgeführt werden kann, staut sie sich zwischen den Zellen und beschleunigt den Abbau. Hochleistungsanwendungen erfordern typischerweise eine aktive Kühlung, entweder mit Flüssigkeit oder mit Druckluft.

Aktuelle Verteilung. Bei parallelen Zellkonfigurationen führen ungleichmäßige Kabelführung und Kontaktwiderstände dazu, dass einige Zellen mehr Strom führen als andere, was zu einer ungleichmäßigen Alterung im gesamten Paket führt. Das Design der Sammelschienen und die Kabelführung sollten speziell entwickelt werden, um dieses Ungleichgewicht zu minimieren.

Fehlereindämmung. Das Packungsdesign sollte begrenzen, wie weit sich ein thermisches Ereignis in einer einzelnen Zelle auf benachbarte Zellen ausbreiten kann. Zellabstände, thermische Barrieren und Entlüftungspfade sind hier die Standardwerkzeuge.

Zellabgleich. Zellen innerhalb einer Packung sollten hinsichtlich Kapazität und Innenwiderstand aufeinander abgestimmt sein, da nicht übereinstimmende, in Reihe geschaltete Zellen ein Ungleichgewicht erzeugen und die schwächeren Zellen schneller verschleißen.

Zeile 3: Batteriemanagementsystem

Der Batteriemanagementsystem ist die primäre aktive Schutzschicht. Ein ordnungsgemäß spezifiziertes BMS überwacht die Parameter auf Zellebene in Echtzeit und greift ein, bevor die Bedingungen zu einem Ausfall führen.

Spannungsschutz

Der Überspannungsschutz trennt den Ladekreis, wenn eine Zelle ihre maximale Spannung erreicht, typischerweise 4,20 V pro Zelle für NMC und 3,65 V pro Zelle für LFP.

Der Unterspannungsschutz trennt die Last, wenn eine Zelle unter ihre Mindestspannung fällt, typischerweise 2,5 bis 2,8 V für die meisten Lithium-Ionen-Chemikalien und 2,5 V für LFP.

Auch der Stromschutz auf Packebene ist wichtig, nicht nur auf der Ebene der einzelnen Zellen: Anhaltender Überstrom erzeugt Wärme in Kabeln und Kontakten, unabhängig davon, wie hoch die Spannung einer einzelnen Zelle ist.

Temperaturschutz

Die Hochtemperaturabschaltung unterbricht den Lade- und Entladevorgang, wenn die Zellentemperatur sichere Grenzwerte überschreitet, typischerweise 45 bis 50 °C beim Laden und 60 bis 70 °C beim Entladen, je nach Chemie.

Der Ladeschutz bei niedriger Temperatur stoppt den Ladevorgang unterhalb der für die verwendete Chemie sicheren Mindesttemperatur. Die meisten Lithium-Ionen-Zellen sollten bei Standardraten nicht unter 0 °C aufgeladen werden, obwohl einige Zellen mit spezifischen Elektrolytformulierungen eine begrenzte Aufladung bis zu minus 20 °C bei reduziertem Strom tolerieren. Bestätigen Sie das tatsächliche Minimum mit dem Zellenhersteller und stellen Sie das BMS entsprechend ein, da dies je nach Produkt unterschiedlich ist.

Zellausgleich

In Reihe geschaltete Zellen driften im Laufe der Zeit im Ladezustand auseinander, da geringe Unterschiede bei der Herstellung von Kapazität und Selbstentladungsrate auftreten. Ohne Ausgleich häuft sich dieser Drift, bis die schwächste Zelle die Leistung des gesamten Pakets einschränkt.

Beim passiven Ausgleich wird überschüssige Energie aus den höher geladenen Zellen über Widerstände als Wärme abgeführt. Es ist einfach und kostengünstig, verschwendet jedoch Energie bei großen Ungleichgewichten.

Beim aktiven Ausgleich wird Energie von den höher geladenen Zellen zu den niedriger geladenen Zellen transportiert. Es kostet mehr und erhöht die Komplexität, ist aber die bessere Wahl für Großserienstränge oder Anwendungen, bei denen es auf eine maximale Lebensdauer ankommt.

Einblicke in die Fertigung: Wie das in der Produktion aussieht

Die oben genannten Fehlermodi zu verstehen ist eine Sache. Eine andere Sache ist es, sie bei einer Produktionsauflage von mehreren tausend Packungen zu fangen. So sehen die drei Verteidigungslinien auf unserer Linie in der Praxis aus.

Die Zellqualifizierung erfolgt, bevor ein einzelnes Paket erstellt wird. Chemie und Format (zylindrisch, beutelförmig oder prismatisch) werden zuerst anhand der Leistung, der Lebensdauer und der thermischen Anforderungen der Anwendung ausgewählt, nicht anhand der Zelle, die in diesem Quartal am günstigsten ist. Kandidatenzellen durchlaufen ein direktes Benchmarking hinsichtlich Energiedichte, spezifischer Leistung, Lebensdauer und Sicherheit, bevor ein Lieferant ausgewählt wird. Den vollständigen Zellauswahl- und Qualifizierungsprozess finden Sie unter Herstellung kundenspezifischer Lithium-Batteriepacks: ein technischer Leitfaden für den End-to-End-Prozess.

Drei Kontrollpunkte, nicht einer. Die eingehende Qualitätskontrolle (IQC) prüft die Zellkapazität, das Spannungsprofil und die Einstufung, bevor eine Zelle in die Linie gelangt. Die prozessinterne Qualitätskontrolle (IPQC) verfolgt statistische Prozesskontrollparameter und Fehlerraten bei jedem Montageschritt. Die endgültige Produktqualitätskontrolle (FPQC) umfasst die Maßprüfung, Kapazitäts- und Innenwiderstandsprüfungen sowie die Inline-Röntgenprüfung der inneren Schweiß- und Verbindungsqualität vor dem Versand einer Packung. Wenn Sie an einem dieser drei Kontrollpunkte scheitern, wird die Zelle oder der Rucksack nicht aus der Tür hinausgehen.

Es lohnt sich, eine Dokumentation zur Zellbewertung anzufordern und unabhängig zu überprüfen. Zellen, die von einer Fertigungslinie kommen, werden nach getesteter Kapazität, Impedanz und Spannungsprofil eingestuft und eingeteilt, und nicht jede Zelle erfüllt die höchsten Spezifikationen. Als Klasse A verkaufte Zellen der Klasse B sind ein dokumentiertes Betrugsmuster in der Zelllieferkette. Sehen Einstufung von Batteriezellen: So erkennen Sie Betrug der Klasse B in Ihrer Lieferkette erfahren Sie, wie Sie es auffangen, bevor es Ihr Produkt erreicht.

Die Montagetoleranzen summieren sich über eine Packung hinweg. Sammelschienen werden nach genauen Spezifikationen angezogen und während des Prozesses geprüft. Die Platzierung des Wärmeschnittstellenmaterials, die Schutzbeschichtung und das Vergießen erfolgen alle anhand definierter Akzeptanzkriterien. Warum so streng: Eine kleine Variation pro Zelle wird zu einer echten Zuverlässigkeitslücke, wenn sie sich auf eine Packung mit einigen hundert Zellen vervielfacht, ganz zu schweigen von einer Produktionsserie mit einigen tausend Packungen.

Relevante Standards

Zu wissen, welche Standards für ein Produkt gelten, ist für die Compliance und den Marktzugang von Bedeutung. Wie sich UN 38.3, IEC 62133 und IEC 62619 unterscheiden und welche davon Ihr Produkt tatsächlich benötigt, erfahren Sie unter UN38.3 vs. IEC 62133 vs. IEC 62619: Leitfaden zur Batteriekonformität für OEM-Käufer.

Zellebene

Packebene

BMS-Hardware und -Software

Transport

UL 991 und UL 1998 sind keine Voraussetzungen für die Packlistings nach UL 2054 oder UL 1973. If a BMS is not separately listed to these standards, fault condition testing is required to show that BMS failures do not create dangerous conditions. That testing happens as part of the pack level certification process. Confirm the exact requirements with a certification body based on target markets and application.

Ready to Specify a Pack? What We Need From You, and What Happens Next

Information to have ready before you request a quote. The faster we can qualify cells and start engineering against real requirements, the faster you get a workable design back. At minimum, have these ready:

1. Voltage and capacity targets, or the load profile if the spec isn’t settled yet.
2. Physical constraints: maximum footprint, weight limit, mounting orientation.
3. Lebenszyklusziel und erwarteter Arbeitszyklus, einschließlich Lade- und Entladehäufigkeit und Entladetiefe.
4. Betriebsumgebung: Temperaturbereich, Luftfeuchtigkeit, Vibration und Einwirkung von Wasser oder Staub.
5. Zielen Sie auf Zertifizierungen für Ihren Markt wie UL, IEC, UN 38.3 oder CE sowie auf kundenspezifische Sicherheitsanforderungen.
6. Erwartetes Auftragsvolumen und Zeitplan, da sich beide auf die Zellbeschaffung und die Produktionsplanung auswirken.

Wie sich unser Engineering-Team mit Ihrem koordiniert. Ein kundenspezifisches Paket durchläuft die Zellqualifizierung und das Benchmarking, die Elektro- und Maschinenbautechnik, den Bau eines Prototyps zur Designvalidierung, Sicherheitszertifizierungstests und einen Produktionsanlauf unter Verwendung des oben beschriebenen QC-Prozesses mit drei Kontrollpunkten. Ihr Team bleibt in jeder Phase eingebunden: Überprüfung der Testdaten des Prototyps, Unterzeichnung des Zertifizierungstestplans und Genehmigung der Erstmusterprüfung vor Beginn der vollständigen Produktion.

Häufige Fragen zur Spezifikation

Was ist die häufigste Ursache für den Ausfall von Lithium-Ionen-Batterien in kommerziellen Anwendungen?

Die häufigsten Ursachen sind Herstellungsfehler von Zelllieferanten geringerer Qualität, unzureichende BMS-Schutzeinstellungen und Lücken im Wärmemanagement im Packdesign. Zellqualität und BMS-Spezifikation sind die beiden Bereiche mit dem größten Einfluss auf die Zuverlässigkeit.

Was ist die Mindestspannung für eine Lithium-Ionen-Zelle?

Bei den meisten NMC- und NCA-Zellen beträgt die minimale Entladespannung 2,5 bis 2,8 V pro Zelle. Bei LFP-Zellen beträgt sie typischerweise 2,5 V pro Zelle. Eine Entladung unterhalb dieser Schwellenwerte führt zur Auflösung von Kupfer aus dem Anodenstromkollektor, was beim nächsten Ladevorgang zu internen Kurzschlüssen führen kann. Das BMS muss diese Grenzwerte durchsetzen.

Können Lithium-Ionen-Akkus bei niedrigen Temperaturen geladen werden?

Die meisten Standard-Lithium-Ionen-Zellen sollten bei normalen Geschwindigkeiten nicht unter 0 °C aufgeladen werden, da die Gefahr einer Lithiumbeschichtung auf der Anode besteht. Einige Zellen unterstützen je nach Elektrolytformulierung begrenztes Laden mit reduzierten Raten bis zu minus 20 °C. Bestätigen Sie die Mindestladetemperatur beim Zellenhersteller und stellen Sie die BMS-Abschaltung bei niedriger Temperatur entsprechend ein.

Welche Lithium-Ionen-Chemie ist für industrielle Anwendungen am sichersten?

LFP ist im Allgemeinen die sicherste Wahl für den industriellen Einsatz. Seine Eisenphosphat-Kathode setzt unter thermischer Belastung keinen Sauerstoff frei, was der Hauptgrund für das thermische Durchgehen in oxidbasierten Chemikalien ist. LFP hält auch weitaus mehr Zyklen als NMC oder NCA, was für die Gesamtbetriebskosten in industriellen Anwendungen mit hohen Zyklen von Bedeutung ist.

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