Welche Temperatur ist schlecht für Lithiumbatterien?

Die Temperatur hat einen großen Einfluss auf die Leistung und Langlebigkeit von Lithiumbatterien. Sowohl heiße als auch kalte Bedingungen können ein Sicherheitsrisiko darstellen, den Abbau der Batterie beschleunigen oder die Kapazität und Effizienz einschränken. Wie wirken sich also Temperaturextreme auf Lithiumbatterien aus, und ab welchem Punkt werden heiße oder kalte Bedingungen schädlich? Als Hersteller von Lithium-BatteriepacksIch werde sie in diesem Artikel untersuchen.

Optimaler Temperaturbereich für Betrieb und Lagerung von Lithiumbatterien

Lithiumbatterien sollten idealerweise innerhalb eines bestimmten Temperaturfensters gelagert und verwendet werden, das sich nach der Zusammensetzung der Batterie und den Richtlinien des Herstellers richtet. In der Regel liegt der optimale Temperaturbereich bei:

• Anklagen: 32°F bis 113°F (0°C bis 45°C)
• Entlassung: -4°F bis 140°F (-20°C bis 60°C)

Natürlich können einige hochwertige Batterien, die für industrielle oder extreme Anwendungen bestimmt sind, bei noch kälteren Temperaturen nahe -40°F (-40°C) sicher arbeiten. Für die meisten handelsüblichen Lithiumbatterien, die in der Unterhaltungselektronik oder in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, ist das Aufladen bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt jedoch riskant und auf Dauer schädlich. Wenn sie sehr hohen Temperaturen über 140°F ausgesetzt werden, kann dies ebenfalls die Sicherheit gefährden.

Für eine optimale Lebensdauer und sichere Funktion werden daher in der Regel Temperaturen zwischen 10°C und 35°C (50°F und 95°F) empfohlen. Je näher sie an der Raumtemperatur bleiben, desto besser ist die Leistung der Batterie. Außerdem helfen Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung von Batterien im Winter oder Sommer, Probleme zu vermeiden.

Welche Temperatur ist schlecht für Lithiumbatterien?

Lithium batteries are sensitive to temperature extremes, which can severely impact their performance, safety, and lifespan. Here’s a breakdown of temperature ranges to avoid and their effects:

1. Unter dem Gefrierpunkt (32°F/0°C oder niedriger)

Auswirkungen:

Einfrieren des Elektrolyten (unter -4°F/-20°C)136.

Dauerhafter Kapazitätsverlust und erhöhter Innenwiderstand27.

Das Aufladen ist unter 0°C (32°F) unsicher58.

Milderung: Wärmen Sie die Batterien vor der Verwendung in kalten Klimazonen vor23.

2. Hohe Hitze (über 113°F/45°C)

Auswirkungen:

Beschleunigte Alterung und verkürzte Lebensdauer126.

Gefahr des thermischen Durchgehens (über 140°F/60°C), was zu Bränden oder Explosionen führen kann346.

Das Aufladen über 45°C (113°F) ist unsicher und kann zu Schwellungen führen458.

Milderung: Kühlsysteme verwenden und direkte Sonneneinstrahlung vermeiden26.

3. Hauptrisiken nach Temperatur

Was passiert, wenn Lithiumbatterien zu kalt werden?

Kältere Temperaturen verringern die Kapazität und Effizienz von Lithiumbatterien. Die für den Betrieb wichtigen chemischen Reaktionen der Batterie laufen in kalten Umgebungen aufgrund der geringeren Ionenmobilität wesentlich langsamer ab. Dadurch sinkt die nutzbare Batteriekapazität, was die Energieabgabe und die Betriebsdauer einschränkt.

Darüber hinaus ist der Versuch, Lithiumbatterien bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt aufzuladen, vor allem bei Temperaturen unter -7°C (20°F), äußerst risikoreich. Eisige Temperaturen verändern die Struktur von Graphitanoden, was zu Lithiumplattierungen führt, bei denen sich Ionen auf der Anodenoberfläche ablagern, anstatt sich ordnungsgemäß einzufügen. Dies führt zu dauerhaften Schäden.

Wichtigste Auswirkungen von Gefriertemperaturen

• Geringere Kapazität und Laufzeit
• Die Batteriespannung fällt schneller ab
• Probleme beim Aufladen und Risiken der Lithiumbeschichtung
• Dauerhafter Kapazitätsverlust im Laufe der Zeit

Einige moderne Batterien haben eingebaute Heizelemente, um Probleme beim Laden unter 32°F zu vermeiden. Aber im Allgemeinen muss beim Laden von Lithiumbatterien bei Minusgraden der Strom auf etwa 0,1 C oder weniger reduziert werden, um Schäden zu vermeiden. Außerdem müssen die Batterien vor dem Laden auf Raumtemperatur gebracht werden.

Hohe Hitze schadet auch Lithiumbatterien

Während Kälte die nutzbare Kapazität verringert, beschleunigt große Hitze die Alterung von Lithiumbatterien und kann durch thermische Auslöser zu Sicherheitsproblemen führen. Wenn Lithiumbatterien im Sommer der Umgebungshitze ausgesetzt werden, wenn sie in heißen Fahrzeugen verbleiben oder wenn sie bei heißem Wetter schnell aufgeladen werden, steigt die Temperatur im Inneren der Batterie in unsichere Bereiche.

Große Risiken durch hohe Hitze

• Schnellerer Verlust der Batteriekapazität über Ladezyklen
• Erhöhte Brand- oder Explosionsgefahr
• Sinkender Wirkungsgrad und sinkende Ausgangsspannung
• Thermischer Durchschlag mit vollständigem Ausfall

Wie wirkt sich die Temperatur auf die Batterielebensdauer aus?
Temperaturextreme verkürzen die Lebensdauer von Batterien auf unterschiedliche Weise. Gefrieren beeinträchtigt die Leistung vorübergehend. Hitze ist über viele Zyklen hinweg dauerhafter schädlich.

Einer Studie zufolge beschleunigt eine Erhöhung der Batterietemperatur um nur 10 °C die Alterung um das Zweifache. Je heißer es wird, desto schneller zersetzen sich Lithiumbatterien durch zerstörerische chemische Reaktionen. Hohe Temperaturen führen auch zu unbeständigeren Ausfällen durch gefährliches thermisches Durchgehen.

Im Gegensatz dazu verringert eine kurze Einwirkung von extremer Kälte vor allem die kurzfristige Leistung. Die Lagerung von Lithiumbatterien um den Gefrierpunkt verringert nicht unbedingt ihre langfristige Lebensdauer, wenn sie bei wärmeren Temperaturen geladen werden. Dennoch kann es zu dauerhaften Schäden kommen, wenn man sie in der Kälte auflädt. Raumtemperaturen zwischen 15°C und 35°C (59°F bis 95°F) bieten die höchste Langlebigkeit.

Bewährte Praktiken für die Temperatursicherheit von Lithiumbatterien

Um Lithiumbatterien vor Schäden zu schützen, muss man die sicheren Temperaturgrenzen kennen und die praktischen Handhabungsrichtlinien beachten.

Richtiger Umgang mit Batterien

Vermeiden Sie Stöße, Dellen oder Erschütterungen der Batterien, um die mechanische Beanspruchung zu begrenzen. Physikalische Schäden in Verbindung mit thermischen Spannungen beschleunigen die Alterung der Batterien. Halten Sie außerdem die Pole geschützt und vermeiden Sie eine vollständige Entladung der Batterien.

Batterien bei moderaten Temperaturen lagern

Bewahren Sie Lithiumbatterien idealerweise bei ca. 23°C in einem trockenen, belüfteten Raum auf, der von Wärme-, Feuchtigkeits- oder Zündquellen entfernt ist. Saisonale Vorsichtsmaßnahmen bei der Batterielagerung helfen, die Lebensdauer zu verlängern und optimale Temperaturen aufrechtzuerhalten.

Setzen Sie die Batterien nicht extremer Hitze aus

Hohe Temperaturen über 45°C stellen ein Sicherheitsrisiko und ein Risiko für die Langlebigkeit dar. Vermeiden Sie direkte Sonneneinstrahlung oder Orte, an denen sich Strahlungswärme sammelt, wie z. B. heiße Fahrzeuge. Die Temperaturen im Motor- oder Batteriefach übersteigen oft 150°F.

Begrenzung der Schnellladung bei heißem Wetter

Stromstärken über 1C belasten die Batteriechemie und beschleunigen die Alterung. Der Ladestrom erzeugt auch interne Wärme, was die hohen Umgebungstemperaturen noch verstärkt. Langsames Laden vermeidet diese zerstörerische Kombination wann immer möglich.

Die Quintessenz

Lithiumbatterien verlieren bei extremen Temperaturen, insbesondere bei großer Umgebungshitze, an Kapazität und beschleunigen ihre Alterung. Lagern Sie die Batterien bei Raumtemperatur, vermeiden Sie das Aufladen unter 32°F und gehen Sie vorsichtig damit um. Mit den richtigen Vorsichtsmaßnahmen liefern Lithiumbatterien auch in kalten Wintern oder heißen Sommern zuverlässig Strom.