De verouderingsduur van een cel is een uitgebreide technische indicator die bepaalt hoeveel tijd of cycli een cel kan doorlopen voordat deze onder specifieke omstandigheden tot een bepaalde drempelwaarde degradeert.
Veroudering van batterijcellen wordt hoofdzakelijk onderverdeeld in twee basistypen: cyclusveroudering en kalenderveroudering.
Cyclische veroudering: Dit verwijst naar het aantal volledige laad-ontlaadcycli dat een batterij doorloopt tijdens herhaaldelijk laden en ontladen, waarbij de capaciteit geleidelijk afneemt tot ongeveer 80% van de oorspronkelijke capaciteit. Verschillende typen lithiumbatterijen hebben verschillende levensduur. De belangrijkste mechanismen omvatten het verlies van actief lithium en actieve materialen. Het verlies van actief lithium is voornamelijk het gevolg van de continue groei en reparatie van de SEI-film op het oppervlak van de negatieve elektrode, een proces dat onomkeerbaar lithiumionen in de elektrolyt verbruikt. Bovendien kunnen lithiumionen onder ongunstige omstandigheden, zoals lage temperaturen en snelladen, metallisch lithium neerslaan op het oppervlak van de negatieve elektrode, waardoor onomkeerbaar "dood lithium" ontstaat. Verlies van actief materiaal verwijst naar het falen van de actieve materialen van de positieve en negatieve elektroden als gevolg van structurele schade of verlies van elektrisch contact.
Kalenderveroudering: Dit verwijst naar de tijd die een batterij nodig heeft om het einde van zijn levensduur te bereiken, zelfs wanneer deze niet wordt gebruikt (open circuit). Dit is een tijdsafhankelijk, langzaam degradatieproces dat wordt beïnvloed door omgevingsomstandigheden (met name temperatuur). In essentie omvat het continue, zwakke nevenreacties in de batterij, zoals de extreem langzame verdikking van de SEI-film, waarbij een kleine hoeveelheid actief lithium wordt verbruikt; lichte ontleding van het elektrolyt; en langzame reacties op het grensvlak tussen het positieve elektrodemateriaal en het elektrolyt. Hoge temperaturen kunnen deze nevenreacties aanzienlijk versnellen.
De verouderingssnelheid van batterijcellen is niet constant; deze wordt aanzienlijk beïnvloed door diverse externe factoren.
Temperatuur: Dit is de belangrijkste omgevingsfactor. Hoge temperaturen versnellen de groei van de SEI-film, de ontbinding van het elektrolyt en alle andere nevenreacties aanzienlijk, waardoor de levensduur van de batterij wordt verkort. Lage temperaturen (vooral tijdens het opladen) verhogen echter het risico op lithiumafzetting, wat ook leidt tot onomkeerbaar capaciteitsverlies.
Laad-/ontlaadsnelheid: Een te hoge laad-/ontlaadstroom introduceert meerdere spanningen. Tijdens het laden kan een hoge stroom ervoor zorgen dat lithiumionen neerslaan voordat ze zich in de grafietlaag kunnen nestelen; tijdens het ontladen kan een hoge stroom de structuur van het elektrodemateriaal aantasten en mogelijk de SEI-film beschadigen, waardoor het herstel ervan en het lithiumverbruik worden versneld.
DOD- en stressbereik: Frequente diepe laad-/ontlaadcycli (bijvoorbeeld tussen 0% en 100% SOC) zorgen voor een snellere degradatie van de batterij dan ondiepe laad-/ontlaadcycli (bijvoorbeeld tussen 40% en 80%). Het langdurig volledig opgeladen of op een hoge spanning houden van de batterij versnelt bovendien de veroudering van het materiaal en de ontbinding van het elektrolyt.
De mechanische verschillen tussen NMC/NCA-batterijen en LFP-batterijen leiden direct tot verschillen in hun daadwerkelijke prestaties:
Verschillen in levensduur van de fiets: LFP-batterijen hebben, dankzij hun robuuste en stabiele kathodematerialen, doorgaans een langere levensduur (meer dan 2000 cycli), waardoor ze geschikter zijn voor toepassingen die frequent laden en ontladen en langdurig gebruik vereisen. NMC/NCA-batterijen hebben een relatief kortere levensduur (ongeveer 500-1500 cycli), maar hun energiedichtheid is hoger.
Prestatieverschillen bij veroudering: Veroudering van NMC/NCA-batterijen uit zich vaak in een aanzienlijke gelijktijdige afname van de capaciteit en een toename van de interne weerstand, omdat de aantasting van de kathodestructuur zowel het aantal lithiumionen vermindert als de weerstand tegen lithiumionmigratie verhoogt. Veroudering van LFP-batterijen uit zich aanvankelijk in een langzame afname van de capaciteit vanwege de stabiele kathodestructuur; later kan de toename van de interne weerstand aanzienlijk worden, voornamelijk door de verdikking van de SEI-film op de anode.
Verschillen in gebruiksstrategie: Voor NMC/NCA-batterijen: Vermijd het bewaren van volledig opgeladen batterijen, vooral bij hoge omgevingstemperaturen. Voor dagelijks gebruik wordt aanbevolen de laadlimiet in te stellen op 80%-90% om de belasting van het kathodemateriaal te verminderen. Voor LFP-batterijen: Hoewel ze relatief minder gevoelig zijn voor volledig opladen, moet langdurige opslag met een volle lading toch worden vermeden, vooral in omgevingen met hoge temperaturen.
