Razões para autodescarga em baterias de íons de lítio

A autodescarga em baterias de íons de lítio refere-se ao fenômeno em que a carga/tensão da bateria diminui naturalmente quando desconectada de um circuito externo (ou seja, em um estado de circuito aberto). Esta é uma característica inerente a todas as baterias, embora o grau varie. As baterias de íons de lítio apresentam uma taxa de autodescarga relativamente baixa, mas ainda são afetadas. As principais causas podem ser categorizadas da seguinte forma:

1. Reações químicas colaterais inevitáveis (autodescarga normal)

(1) Crescimento e dissolução da camada SEI:

O ânodo (tipicamente grafite) é revestido por uma camada de Interfase Eletrolítica Sólida (IES), formada durante a carga/descarga inicial, essencial para o funcionamento da bateria. No entanto, a camada IES não é perfeitamente estável. Durante o armazenamento, especialmente em temperaturas elevadas, ela sofre dissolução e reforma lentas. Essa reforma consome íons de lítio e eletrólito, levando à perda de capacidade e queda de tensão — um fator importante para a autodescarga.

(2) Oxidação/Redução de Eletrólitos:

Materiais catódicos carregados (p. ex., LiCoO₂, NCM, LiFePO₄) são altamente oxidativos. Solventes eletrolíticos (p. ex., EC, DMC) e aditivos se decompõem gradualmente por oxidação quando em contato prolongado com o cátodo de alto potencial. Da mesma forma, no ânodo, apesar da proteção SEI, podem ocorrer pequenas reações de redução do eletrólito. Essas reações parasitárias esgotam os íons de lítio ativos, causando perda de capacidade.

(3) Reações de impurezas:

Traços de impurezas (por exemplo, íons Fe, Cu, Zn) em materiais de eletrodos ou coletores de corrente podem criar microcurtos ou participar de reações colaterais, consumindo carga.

2. Microcurtos-circuitos internos (causados por defeitos de fabricação ou envelhecimento)

(1) Defeitos do separador:

Furos microscópicos, impurezas ou pontos fracos no separador podem permitir a condução eletrônica (microcurtos-circuitos) entre os eletrodos após o ciclo ou armazenamento prolongado, causando vazamento direto de carga. Esta é a principal causa de autodescarga anormalmente alta. Embora os separadores bloqueiem elétrons macroscopicamente, caminhos microscópicos de vazamento de elétrons podem se formar através de redes condutoras ou eletrólitos.

(2) Penetração de dendritos:

Dendritos de lítio podem se formar de forma irregular no ânodo devido a sobrecarga, carga em baixa temperatura ou envelhecimento. Dendritos afiados podem penetrar no separador, obstruindo os eletrodos e causando curtos-circuitos internos.

(3) Contaminação por poeira metálica:

Pó metálico residual (por exemplo, proveniente do corte do eletrodo) preso entre os eletrodos ou separadores pode causar microcurtos. Embora condições absolutamente livres de poeira sejam inatingíveis, poeira em pequenas quantidades tem impacto insignificante. No entanto, poeira que excede o limite para perfurar o separador acelera significativamente a autodescarga. Para soluções de separadores de alta qualidade, consulte nosso Equipamentos para linha de produção de baterias .

3. Efeitos da temperatura

A temperatura é um fator crítico. Temperaturas mais altas aceleram exponencialmente todas as reações de autodescarga (evolução de SEI, decomposição de eletrólitos, reações de impurezas). Portanto, as baterias devem ser armazenadas em baixas temperaturas (evitando o congelamento) para armazenamento de longo prazo.

4. Impactos da autodescarga

• Perda de capacidade: capacidade utilizável reduzida.

• Queda de tensão: diminuição da tensão de circuito aberto (OCV) ao longo do tempo.

• Envelhecimento acelerado: reações colaterais (por exemplo, crescimento de SEI) consomem lítio/eletrólito ativo, acelerando o envelhecimento.

• Desafios da estimativa de SOC: a autodescarga complica a estimativa precisa do estado de carga (SOC) por meio da tensão.

• Riscos de segurança: Microcurtos graves podem causar aquecimento localizado ou fuga térmica.

5. Estratégias de mitigação

(1) Otimizar o design e os materiais:

Aumente a estabilidade do SEI, desenvolva eletrólitos resistentes à oxidação, utilize materiais de alta pureza e melhore a qualidade do separador. Explore nossos Equipamentos de Bateria Personalizados para soluções personalizadas.

(2) Condições de armazenamento de controle:

• Temperatura: Armazenar entre 10°C e 25°C (evitar <0°C).

• SOC: Mantenha 40% a 60% de SOC para armazenamento de longo prazo. A carga completa acelera a oxidação do eletrólito; a descarga profunda corre o risco de danificar o ânodo.

(3) Recarga periódica:

Para baterias ociosas, monitore a voltagem/SOC e recarregue até ~50% quando estiver baixo para evitar descarga profunda.

(4) Controle rigoroso de fabricação:

Minimize impurezas/poeira metálica e garanta a integridade do separador. Fornecimento de material para bateria oferece materiais de alta pureza para reduzir riscos de contaminação.

Conclusão