BZFrank
User
Die Frage kommt ja immer mal wieder auf, was hat es mit der Alterung eines Lipos bei Lagerung auf sich und kann man sich einen Akku auf 'Vorrat' kaufen. Hier mal eine kleine Beleuchtung der Vorgänge:
Die gesamte Alterung eines Akkus setzt sich zusammen aus
Alterung(Gesamt) = Alterung(Zyklen) + Alterung(Lagerung)
Wir betrachten hier nur Alterung(Lagerung) und ob diese von der Alterung(Zyklen) abhängig ist.
Es gibt zwei primäre Mechanismen in der Zelle für die Alterung(Lagerung):
1. Während der Lagerung reagiert das Elektrolyt mit der Anode (genauer SEI-Schicht darauf) und die Zerfallsprodukte dieses Prozesses bauen die SEI-Schicht dicker auf. Das bedingt zwei Effekte:
- Lithiumverlust in der Zelle (es steht weniger für den Transport zur Verfügung) - damit Kapazitätverlust einhergehend.
- Dickerer SEI-Layer und damit höheren Innenwiderstand (denn da müssen die Ionen 'durch').
Dieser Effekt folgt einer Arrhenius-Gleichung über die (Lager-)Temperatur und ist unabhängig vom Ladezustand. Je höher die Lagertemperatur ist, desto schlimmer.
2. Oxidationsprozesse des Elektrolyts an der Kathode. Dieser Prozess führt ebenso zu einer Erhöhung des Innenwiderstands und Lithiumverlust aber auch zur Freisetzung von (u.a. reaktiven) Zerfallsprodukten in der Zelle, die wiederum beim nächsten Zyklus an der SEI-Schicht anlagern können oder anderweitig Ärger verursachen. Dieser Effekt ist abhängig von der Lagertemperatur und Zellspannung, wobei diese nicht linear eingeht. Je näher man der 'Spitze' bei der Zellspannung kommt, desto schlimmer.
Damit besteht die Abhängigkeit der Alterung von zwei Parametern:
- Lagertemperatur
- Zellspannung
Beide oben beschriebene Vorgänge sind stetig und bei geringen Lagertemperaturen klein. Damit ist ein spontanes Versagen durch Lagerung meist ausgeschlossen (von Herstellung- oder Überlastschäden abgesehen).
Welcher Effekt hat nun nun die Zyklenanzahl, d.h. bisherige Alterung(Zyklus) auf die Alterung(Lagerung)? Es gibt einen: Durch die Zyklenbelastung kommt es ebenso zu Effekten Typ 2. insbesondere bei Überlast. Sind mehr Zerfallsprodukte in der Zelle kommt es zu einer Verstärkung von Oxidationsprozessen. Der Effekt ist allerdings gering, insbesondere auch bei niedrigen Lagertemperaturen.
Also:
- Kann man Akkus auf "Vorrat" kaufen?
Ja, wenn man sie bei niedrigen Temperaturen und "leer" lagert und diese keine Vorschädigungen haben ist die Lageralterung gering.
- Altert ein schon mal "benutzter" Lipo schneller?
Ja, aber sofern man die Zellen nicht im Überlast betrieben hat ist der Unterschied (zu einer "unbenutzen" Zelle) sehr gering (lies: kaum messbar).
- Ist eine 'jungfäuliche' Zelle besonders?
Nein, denn die Zelle hat bei der Herstellung garantiert schon einen Zyklus hinter sich gebracht (ohne Zyklus kein SEI-Layer - Ohne SEI-Layer keinerlei Haltbarkeit) . Je nach angewendeten Selektionsmechanismen auch mehr.
Quelle: Advances in Lithium-Ion Batteries, pp 393-432, Aging Mechanisms and Calendar-Life Predictions in Lithium-Ion Batteries, Michel Broussely
Die gesamte Alterung eines Akkus setzt sich zusammen aus
Alterung(Gesamt) = Alterung(Zyklen) + Alterung(Lagerung)
Wir betrachten hier nur Alterung(Lagerung) und ob diese von der Alterung(Zyklen) abhängig ist.
Es gibt zwei primäre Mechanismen in der Zelle für die Alterung(Lagerung):
1. Während der Lagerung reagiert das Elektrolyt mit der Anode (genauer SEI-Schicht darauf) und die Zerfallsprodukte dieses Prozesses bauen die SEI-Schicht dicker auf. Das bedingt zwei Effekte:
- Lithiumverlust in der Zelle (es steht weniger für den Transport zur Verfügung) - damit Kapazitätverlust einhergehend.
- Dickerer SEI-Layer und damit höheren Innenwiderstand (denn da müssen die Ionen 'durch').
Dieser Effekt folgt einer Arrhenius-Gleichung über die (Lager-)Temperatur und ist unabhängig vom Ladezustand. Je höher die Lagertemperatur ist, desto schlimmer.
2. Oxidationsprozesse des Elektrolyts an der Kathode. Dieser Prozess führt ebenso zu einer Erhöhung des Innenwiderstands und Lithiumverlust aber auch zur Freisetzung von (u.a. reaktiven) Zerfallsprodukten in der Zelle, die wiederum beim nächsten Zyklus an der SEI-Schicht anlagern können oder anderweitig Ärger verursachen. Dieser Effekt ist abhängig von der Lagertemperatur und Zellspannung, wobei diese nicht linear eingeht. Je näher man der 'Spitze' bei der Zellspannung kommt, desto schlimmer.
Damit besteht die Abhängigkeit der Alterung von zwei Parametern:
- Lagertemperatur
- Zellspannung
Beide oben beschriebene Vorgänge sind stetig und bei geringen Lagertemperaturen klein. Damit ist ein spontanes Versagen durch Lagerung meist ausgeschlossen (von Herstellung- oder Überlastschäden abgesehen).
Welcher Effekt hat nun nun die Zyklenanzahl, d.h. bisherige Alterung(Zyklus) auf die Alterung(Lagerung)? Es gibt einen: Durch die Zyklenbelastung kommt es ebenso zu Effekten Typ 2. insbesondere bei Überlast. Sind mehr Zerfallsprodukte in der Zelle kommt es zu einer Verstärkung von Oxidationsprozessen. Der Effekt ist allerdings gering, insbesondere auch bei niedrigen Lagertemperaturen.
Also:
- Kann man Akkus auf "Vorrat" kaufen?
Ja, wenn man sie bei niedrigen Temperaturen und "leer" lagert und diese keine Vorschädigungen haben ist die Lageralterung gering.
- Altert ein schon mal "benutzter" Lipo schneller?
Ja, aber sofern man die Zellen nicht im Überlast betrieben hat ist der Unterschied (zu einer "unbenutzen" Zelle) sehr gering (lies: kaum messbar).
- Ist eine 'jungfäuliche' Zelle besonders?
Nein, denn die Zelle hat bei der Herstellung garantiert schon einen Zyklus hinter sich gebracht (ohne Zyklus kein SEI-Layer - Ohne SEI-Layer keinerlei Haltbarkeit) . Je nach angewendeten Selektionsmechanismen auch mehr.
Quelle: Advances in Lithium-Ion Batteries, pp 393-432, Aging Mechanisms and Calendar-Life Predictions in Lithium-Ion Batteries, Michel Broussely
