Effetti negativi delle alte temperature su Batterie al litio

Le alte temperature hanno un impatto completo e irreversibile sulle batterie al litio. I principali problemi sono i seguenti:

1. Perdita di capacità e durata di vita ridotta (impatto più comune)

Meccanismo: le temperature elevate accelerano le reazioni collaterali nel sistema elettrochimico della batteria, come la decomposizione dell'elettrolita e la reazione degli ioni di litio attivi con l'elettrolita per formare uno strato di interfase elettrolitica solida (SEI). La crescita continua dello strato SEI consuma irreversibilmente il litio attivo e l'elettrolita, portando a una perdita permanente di capacità.

Manifestazione: riduzione evidente della durata della batteria. Dopo una carica completa, il tempo di utilizzo si riduce. Una regola generale: per ogni aumento di 10 °C della temperatura media di esercizio, il ciclo di vita della batteria può ridursi della metà.

2. Degrado delle prestazioni

Meccanismo: aumento della resistenza interna. Mentre le alte temperature possono ridurre temporaneamente la resistenza interna e migliorare leggermente le prestazioni di scarica, l'esposizione prolungata accelera la crescita dell'SEI, con conseguente aumento permanente della resistenza interna.

Manifestazione: maggiori fluttuazioni di tensione durante la carica/scarica, potenza in uscita più debole, ad esempio un veicolo elettrico con accelerazione ridotta o uno smartphone che presenta ritardi durante il gioco.

3. Rischi per la sicurezza (impatto più grave)

Meccanismo: le alte temperature possono innescare una fuga termica, un circolo vizioso di auto-accelerazione:

• Le temperature elevate decompongono gli strati SEI, rilasciando calore.
• Il calore aumenta ulteriormente la temperatura della cella, provocando il restringimento/fusione del separatore e provocando cortocircuiti interni.
• I materiali dell'elettrolita e del catodo si decompongono sotto l'effetto del calore, rilasciando altro calore e gas infiammabili.
• In ultima analisi, ciò può causare incendi o esplosioni.

Manifestazione: Gonfiore, emissione di fumo, fuoco.

Soluzioni e strategie di mitigazione

Per affrontare le sfide legate alle alte temperature è necessario unire gli sforzi nella progettazione delle celle, nella gestione del sistema e nelle pratiche degli utenti finali.

1. Progettazione delle celle e livello dei materiali (guidati dai produttori)

Materiali resistenti alle alte temperature: utilizzare materiali chimici più sicuri e stabili come LiFePO₄ (LFP), che offre intrinsecamente una maggiore stabilità termica rispetto all'NMC. Utilizzare separatori rivestiti in ceramica con maggiore tolleranza termica e additivi elettrolitici ignifughi.

Progettazione strutturale ottimizzata: tecniche come i processi di impilamento, superfici degli elettrodi più ampie e design ottimizzati delle linguette riducono la resistenza interna e la generazione di calore.

2. Progettazione del sistema e livello BMS (guidato dai produttori del prodotto)

Questo è il fulcro della garanzia di sicurezza delle batterie ed EverExceed fornisce sistemi di gestione delle batterie (BMS) avanzati per soddisfare queste esigenze.

Monitoraggio della temperatura: all'interno dello zaino sono posizionati strategicamente più sensori per il monitoraggio termico in tempo reale.

Soluzioni di gestione termica:

Raffreddamento passivo dell'aria: raffreddamento a convezione naturale o assistito da ventola, conveniente per applicazioni su piccola scala.

Raffreddamento attivo a liquido: circolazione del refrigerante attraverso tubazioni interne per un'efficiente dissipazione del calore: la soluzione più diffusa per veicoli elettrici e applicazioni ad alta potenza.

Raffreddamento diretto del refrigerante: utilizzo del refrigerante proveniente dal sistema di condizionamento dell'aria per la massima efficienza di raffreddamento.

Controllo intelligente di carica/scarica: il BMS EverExceed regola in modo intelligente la potenza di carica e scarica in base alla temperatura delle celle. Ad esempio, la carica rallenta o si interrompe in caso di temperature elevate finché non vengono ripristinate le condizioni di sicurezza.

✅ Conclusione

Le alte temperature accelerano il degrado delle batterie al litio, ne riducono la capacità e aumentano significativamente i rischi per la sicurezza. Le soluzioni richiedono un approccio a livello di sistema:

Per i produttori di batterie: innovazione nei materiali e nel design per migliorare la resistenza termica.

Per gli integratori di sistemi: implementazione di BMS avanzati e soluzioni di gestione termica efficienti come il raffreddamento a liquido.

Per gli utenti finali: consapevolezza che le batterie al litio sono "sensibili al calore", evitare l'esposizione prolungata ad alte temperature e sviluppare buone abitudini di utilizzo.

EverExceed, con decenni di esperienza in soluzioni per batterie al litio e accumulo di energia , offre tecnologie LiFePO₄ ad alta sicurezza, BMS intelligenti e sistemi di raffreddamento all'avanguardia. Le nostre soluzioni garantiscono che i sistemi di accumulo di energia per telecomunicazioni, data center, veicoli elettrici e industriali rimangano affidabili, sicuri e durevoli anche in ambienti ad alta temperatura.