Grundprinzipien: Drei Herausforderungen f\u00fcr Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen<\/h3>\n\n\n\n
Herausforderung 1: Elektrolyt-\u201cEinfrieren\u201d, Blockierung von Transportkan\u00e4len<\/p>\n\n\n\n
Der Elektrolyt ist der \u201cTransportkanal\u201d f\u00fcr Lithiumionen, vergleichbar mit den \u201cBlutgef\u00e4\u00dfen\u201d einer Lithiumbatterie. Seine Flie\u00dff\u00e4higkeit bestimmt direkt die Migrationsgeschwindigkeit der Lithiumionen. Die Viskosit\u00e4t des Elektrolyten steigt mit sinkender Temperatur stark an \u2013 genau wie Wasser bei K\u00e4lte dickfl\u00fcssiger wird und gefriert. Bei niedrigen Temperaturen wird der Elektrolyt z\u00e4hfl\u00fcssig, verfestigt sich sogar teilweise, wodurch die Ionenleitf\u00e4higkeit deutlich reduziert und in manchen F\u00e4llen die Kan\u00e4le vollst\u00e4ndig blockiert werden.<\/p>\n\n\n\n
Das ist, als w\u00fcrde eine breite, glatte Stra\u00dfe pl\u00f6tzlich zu einem schlammigen Pfad werden; die \u201cTransporter\u201d (Lithiumionen) haben M\u00fche, sich fortzubewegen, ihre Effizienz wird stark reduziert, und die Energieausbeute der Batterie nimmt nat\u00fcrlich ab.<\/p>\n\n\n\n
Herausforderung 2: Lithium-Ionen werden tr\u00e4ge, Ein- und Ausfuhr aus Transferstationen wird schwierig<\/p>\n\n\n\n
Die positiven und negativen Elektroden einer Lithiumbatterie fungieren als \u201cTransferstationen\u201d f\u00fcr Lithiumionen. Beim Laden m\u00fcssen Lithiumionen in die negative Elektrode eingelagert und beim Entladen wieder aus ihr herausgel\u00f6st werden. Dieser Prozess erfordert die \u00dcberwindung eines gewissen Widerstands, der als Ladungstransferimpedanz bezeichnet wird. Gem\u00e4\u00df der Arrhenius-Gleichung verlangsamt sich bei niedrigen Temperaturen die chemische Reaktionsgeschwindigkeit und die Effizienz der Lithiumionen-Einlagerung und -Entnahme, was zu einem deutlichen Anstieg der Ladungstransferimpedanz f\u00fchrt. Vereinfacht gesagt: Niedrige Temperaturen machen Lithiumionen \u201ctr\u00e4ge\u201d. Selbst wenn die Kan\u00e4le nicht vollst\u00e4ndig blockiert sind, sind sie nicht bereit, die Energie f\u00fcr den Ein- oder Austritt in die \u201cTransferstation\u201d aufzuwenden. Dadurch k\u00f6nnen einige Lithiumionen nicht am Energietransfer teilnehmen, was die Batteriekapazit\u00e4t verringert.<\/p>\n\n\n\n
Herausforderung 3: Der SEI-Film \u201cverdickt sich\u201d, und es k\u00f6nnten \u201cgef\u00e4hrliche Dendriten\u201d wachsen.<\/p>\n\n\n\n
Beim ersten Ladevorgang einer Lithiumbatterie bildet sich auf der Oberfl\u00e4che der negativen Elektrode ein d\u00fcnner Festelektrolyt-Grenzschichtfilm (SEI-Film). Dieser wirkt wie eine Schutzschicht, die verhindert, dass der Elektrolyt mit der negativen Elektrode reagiert, und gleichzeitig den ungehinderten Durchtritt von Lithiumionen erm\u00f6glicht \u2013 ein entscheidender Faktor f\u00fcr die Lebensdauer der Batterie. Niedrige Temperaturen k\u00f6nnen diese Schutzschicht jedoch besch\u00e4digen: Zum einen verringern sie die Stabilit\u00e4t des SEI-Films, wodurch einige Komponenten brechen und der Widerstand f\u00fcr den Lithiumionentransport steigt. Zum anderen kann die Einlagerungsrate von Lithiumionen in die negative Elektrode bei niedrigen Temperaturen nicht mit der Abscheidungsrate mithalten, sodass \u00fcbersch\u00fcssige Lithiumionen metallisches Lithium auf der Oberfl\u00e4che der negativen Elektrode ausf\u00e4llen und Lithiumdendriten bilden. Gleichzeitig lagern sich die Reaktionsprodukte zwischen Lithium und Elektrolyt auf dem SEI-Film ab, wodurch dieser dicker wird und der Lithiumionentransport weiter behindert wird. Noch gef\u00e4hrlicher ist, dass Lithiumdendriten weiterwachsen und, sobald sie die SEI-Schicht und den Batterieseparator durchdringen, einen Kurzschluss zwischen den positiven und negativen Elektroden verursachen. Dies f\u00fchrt zu \u00dcberhitzung, Aufbl\u00e4hung und sogar zur Verbrennung oder Explosion der Batterie. Dies ist der Hauptgrund f\u00fcr die Sicherheitsrisiken beim Laden bei niedrigen Temperaturen. Dar\u00fcber hinaus ist die Verdickung der SEI-Schicht irreversibel. Langfristiger Einsatz bei niedrigen Temperaturen verk\u00fcrzt die Lebensdauer der Batterie erheblich \u2013 eine Batterie, die urspr\u00fcnglich 1000 Ladezyklen erm\u00f6glichte, schafft bei langfristigem Einsatz bei niedrigen Temperaturen m\u00f6glicherweise nur noch etwa 500 Zyklen und tritt vorzeitig in die Alterungsphase ein.\u201c<\/p>\n\n\n\n Viele Menschen bef\u00fcrchten, dass eine schnelle Entladung im Winter die Batterie dauerhaft sch\u00e4digen k\u00f6nnte. Diese Sorge ist unbegr\u00fcndet. Die durch niedrige Temperaturen verursachte Alterung von Lithiumbatterien l\u00e4sst sich in zwei Kategorien einteilen: reversible und irreversible Alterung, die sich deutlich unterscheiden.<\/p>\n\n\n\n Reversible Degradation ist die h\u00e4ufigste Form der Degradation und wird haupts\u00e4chlich durch niedrige Temperaturen verursacht, die die Viskosit\u00e4t des Elektrolyten erh\u00f6hen, die Lithiumionenmigration verlangsamen und den Ladungs\u00fcbertragungswiderstand steigern. Diese Art der Degradation \u00e4hnelt einem \u201cWinterschlaf\u201d: Durch einfaches Erw\u00e4rmen der Batterie auf Raumtemperatur (20\u201325 \u00b0C) und eine kurze Ruhezeit erlangt der Elektrolyt seine Flie\u00dff\u00e4higkeit zur\u00fcck, die Lithiumionen ihre Aktivit\u00e4t wiedererlangen und die Batteriekapazit\u00e4t und -leistung normalisieren sich im Wesentlichen wieder, ohne die Lebensdauer der Batterie zu beeintr\u00e4chtigen.<\/p>\n\n\n\n Irreversible Degradation hingegen wird haupts\u00e4chlich durch anhaltendes Laden und Entladen bei niedrigen Temperaturen verursacht. Dies f\u00fchrt zu einer \u00fcberm\u00e4\u00dfigen Verdickung des SEI-Films, Lithiumdendritenwachstum oder irreversibler Zersetzung des Elektrolyten. Diese Art der Degradation ist dauerhaft; die Batterie wird quasi \u201cverletzt\u201d. Selbst nach Erreichen von Raumtemperatur kann die Kapazit\u00e4t nicht vollst\u00e4ndig wiederhergestellt werden, und mit der Zeit beschleunigt dies die Alterung der Batterie.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" In winter, one of the biggest headaches for new energy vehicle owners is the reduced range after a full charge; outdoor energy storage devices struggle to even guarantee basic power supply. This isn’t battery “aging” or a quality issue, but rather a “normal reaction” of lithium batteries in low-temperature environments\u2014low temperatures directly lead to capacity […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":2788,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-2787","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-news"],"yoast_head":"\n<\/figure>\n\n\n\n
Wichtigstes Unterscheidungsmerkmal: Tieftemperaturdegradation \u2013 reversibel oder irreversibel?<\/h3>\n\n\n\n