Quale temperatura è negativa per le batterie al litio?

La temperatura ha un impatto notevole sulle prestazioni e sulla longevità delle batterie al litio. Sia il caldo che il freddo possono creare rischi per la sicurezza, accelerare il degrado delle batterie o limitarne la capacità e l'efficienza. In che modo le temperature estreme influiscono sulle batterie al litio e a che punto le condizioni di caldo o freddo diventano dannose? Come produttore di pacchi batteria al litio, lo analizzerò in questo articolo.

Intervallo di temperatura ottimale per il funzionamento e la conservazione delle batterie al litio

Idealmente, le batterie al litio dovrebbero essere conservate e utilizzate entro una specifica finestra di temperatura, in base alla composizione della batteria e alle linee guida del produttore. In genere, l'intervallo di temperatura ottimale è:

• Addebito: Da 32°F a 113°F (da 0°C a 45°C)
• Scarico: Da -4°F a 140°F (da -20°C a 60°C)

Naturalmente, alcune batterie di alta qualità destinate a usi industriali o estremi possono funzionare in modo sicuro a temperature ancora più basse, vicine ai -40°F (-40°C). Tuttavia, per la maggior parte delle batterie al litio commerciali utilizzate nell'elettronica di consumo o nei veicoli elettrici, una carica al di sotto dello zero è rischiosa e dannosa in modo permanente. Anche l'esposizione a temperature molto elevate, superiori a 140°F, può compromettere la sicurezza.

Per una durata ottimale e un funzionamento sicuro, si consigliano temperature comprese tra 10°C e 35°C. Più si avvicinano alla temperatura ambiente, migliori sono le prestazioni della batteria. Inoltre, le precauzioni per la gestione delle batterie in inverno o in estate aiutano a prevenire i problemi.

Quale temperatura è negativa per le batterie al litio?

Le batterie al litio sono sensibili alle temperature estreme, che possono influire pesantemente sulle loro prestazioni, sulla sicurezza e sulla durata di vita. Ecco una panoramica degli intervalli di temperatura da evitare e dei loro effetti:

1. Sotto zero (32°F/0°C o inferiore)

Effetti:

Congelamento dell'elettrolita (al di sotto di -4°F/-20°C)136.

Perdita permanente di capacità e aumento della resistenza interna27.

La ricarica non è sicura al di sotto dei 32°F (0°C)58 .

Mitigazione: Preriscaldare le batterie prima dell'uso in climi freddi23.

2. Alto calore (superiore a 113°F/45°C)

Effetti:

Invecchiamento accelerato e riduzione della durata del ciclo126.

Rischio di fuga termica (oltre i 140°F/60°C), che può causare incendi o esplosioni346.

La carica a temperature superiori a 45°C non è sicura e può causare un rigonfiamento458 .

Mitigazione: Utilizzare sistemi di raffreddamento ed evitare la luce solare diretta26.

3. Rischi chiave per temperatura

Cosa succede quando le batterie al litio si raffreddano troppo?

Le temperature rigide riducono la capacità e l'efficienza delle batterie al litio. Le reazioni chimiche della batteria, fondamentali per il funzionamento, avvengono molto più lentamente in ambienti freddi, a causa della diminuzione della mobilità degli ioni. Ciò riduce la capacità utilizzabile della batteria, limitando la produzione di energia e l'autonomia.

Inoltre, il tentativo di caricare le batterie al litio al di sotto dello zero, in particolare al di sotto dei -7°C, è estremamente rischioso. Le temperature gelide alterano la struttura degli anodi di grafite, causando una placcatura di litio in cui gli ioni si depositano sulla superficie dell'anodo invece di inserirsi correttamente. Si verificano danni permanenti.

Principali effetti delle temperature di congelamento

• Capacità e tempo di funzionamento ridotti
• La tensione della batteria scende più rapidamente
• Problemi di ricarica e rischi di placcatura al litio
• Perdita permanente di capacità nel tempo

Alcune batterie avanzate sono dotate di elementi di riscaldamento incorporati per combattere i problemi di carica al di sotto dei 32°F. In generale, però, per caricare le batterie al litio in condizioni di temperatura inferiore allo zero è necessario ridurre la corrente a circa 0,1 C o meno per evitare danni. E portare le batterie a temperatura ambiente prima di caricarle.

Il calore elevato danneggia anche le batterie al litio

Mentre il freddo riduce la capacità utilizzabile, il calore elevato accelera l'invecchiamento delle batterie al litio e può provocare problemi di sicurezza attraverso l'innesco della fuga termica. Esporre le batterie al litio al calore ambientale estivo, lasciarle all'interno di veicoli caldi o persino ricaricarle rapidamente in condizioni di caldo torrido spinge le temperature interne delle batterie in un territorio non sicuro.

I principali rischi legati all'elevato calore

• Perdita più rapida della capacità della batteria durante i cicli di carica
• Aumento del rischio di incendio o esplosione
• Crollo dell'efficienza e della tensione di uscita
• Runaway termico che provoca un guasto completo

In che modo la temperatura influisce sulla durata della batteria?
Le temperature estreme riducono la durata della batteria in modi diversi. Il congelamento ostacola temporaneamente le prestazioni. Il calore danneggia in modo più permanente per molti cicli.

Secondo uno studio, l'aumento della temperatura della batteria di soli 10°C accelera di due volte gli effetti dell'invecchiamento. Più la temperatura aumenta, più le reazioni chimiche distruttive degradano rapidamente le batterie al litio. Le alte temperature provocano anche guasti più volatili attraverso una pericolosa fuga termica.

Al contrario, una breve esposizione al freddo estremo riduce principalmente le prestazioni a breve termine. Conservare le batterie al litio intorno al punto di congelamento non riduce necessariamente la loro durata a lungo termine se vengono caricate a temperature più calde. Tuttavia, la ricarica al freddo può causare danni permanenti. Le temperature ambiente comprese tra 15°C e 35°C (59°F e 95°F) offrono una longevità massima.

Migliori pratiche per la sicurezza della temperatura delle batterie al litio

Proteggere le batterie al litio da eventuali danni significa comprendere i limiti di temperatura di sicurezza e seguire le linee guida per la gestione pratica.

Maneggiare le batterie in modo corretto

Evitare di urtare, ammaccare o scuotere le batterie per limitare le sollecitazioni meccaniche. I danni fisici e le sollecitazioni termiche accelerano l'invecchiamento delle batterie. Mantenere inoltre i terminali protetti ed evitare di scaricare completamente le batterie.

Conservare le batterie a temperature moderate

L'ideale è conservare le batterie al litio a circa 73°F/23°C in uno spazio asciutto e ventilato, lontano da fonti di calore, umidità o accensione. Le precauzioni per la conservazione stagionale delle batterie aiutano a preservarne la durata e a mantenere le temperature ottimali.

Non esporre le batterie al calore estremo

Le temperature elevate, superiori a 113°F/45°C, comportano rischi per la sicurezza e la durata. Evitate l'esposizione diretta alla luce del sole o i luoghi in cui si irradia calore, come i veicoli caldi. Le temperature del vano motore o della batteria superano spesso i 150°F.

Limitare la ricarica rapida quando fa caldo

Tassi superiori a 1C mettono a dura prova la chimica della batteria, accelerandone l'invecchiamento. La corrente di carica genera anche calore interno, che si somma alle alte temperature ambientali. Una ricarica lenta evita, per quanto possibile, questa combinazione distruttiva.

Il bilancio

Le batterie al litio subiscono una riduzione della capacità e un invecchiamento accelerato in presenza di temperature estreme, in particolare di un elevato calore ambientale. Conservate le batterie a temperatura ambiente, evitate di caricarle a meno di 32°F e maneggiatele con cura. Con le dovute precauzioni, le batterie al litio sono in grado di fornire energia in modo affidabile sia negli inverni freddi che nelle estati calde.