Was zerstört einen Lithium-Ionen-Akku?

Lithium-Ionen-Batterien werden aufgrund von thermischem Durchgehen, Überladung/Entladung, physischen Schäden und Herstellungsfehlern schlechter oder fallen aus. Zu den wichtigsten Ausfallmechanismen gehören der Ausfall des Separators, der zu internen Kurzschlüssen führt, das Wachstum von Lithiumdendriten durch übermäßigen Strom und die Zersetzung des Elektrolyten bei extremen Spannungen. Längere Einwirkung von Temperaturen außerhalb von 0–45 °C beschleunigt den Kapazitätsverlust. Richtige Batteriemanagementsysteme (BMS) und die Vermeidung mechanischer Belastungen sind entscheidend für die Langlebigkeit.

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Was löst thermisches Durchgehen bei Lithium-Ionen-Batterien aus?

Thermisches Durchgehen tritt auf, wenn übermäßige Hitze exotherme Reaktionen verursacht. oft durch Kurzschlüsse oder Überladung. Der Separator schmilzt bei 130–150 °C, ermöglicht den Anoden-Kathoden-Kontakt und setzt Sauerstoff frei, der die Verbrennung antreibt.

Diese Kettenreaktion kann die Temperaturen innerhalb von Millisekunden auf 400–800 °C ansteigen lassen. Beispielsweise kann es bei einer durchstochenen Zelle zunächst zu einer leichten Schwellung kommen, die sich dann rasch zu Flammen entwickelt. Profi-Tipp: Verwenden Sie BMS mit mehrstufigen Temperatursensoren, die zur Früherkennung in der Nähe der Elektrodenlaschen angebracht sind. Übergangsfaktoren wie hohe Umgebungstemperaturen (>35 °C) während des Ladevorgangs bergen Risiken. Wussten Sie? Dendriten durch wiederholtes Schnellladen erzeugen Mikrokurzschlüsse, die als Zündkeime wirken.

Wie schadet Überladung Lithiumbatterien?

Überladung zwingt überschüssige Lithiumionen in die Anode und erzeugt metallische Lithiumablagerungen (Dendriten), die Separatoren durchdringen. Spannungen über 4,25 V/Zelle zersetzen Kathodenmaterialien wie NMC oder LCO.

Eine Überladung von 4,35 V verkürzt die Zyklenlebensdauer nach nur 50 Zyklen um 60 %. Praxisbeispiel: Billige Ladegeräte ohne Spannungsabschaltung können die Zellen auf 4,5 V bringen, was zu einem schnellen Kapazitätsverlust führt. Profi-Tipp: Implementieren Sie eine redundante Spannungsüberwachung – kombinieren Sie den BMS-Schutz mit ladeseitigen Schutzmaßnahmen. Übergangsweise minimieren Teilladungen (20–80 %) die Gitterspannung im Vergleich zu vollständigen 0–100 %-Zyklen. Warum es riskieren? Dendritenwachstum ist nicht umkehrbar und erhöht dauerhaft den Innenwiderstand.

Können physikalische Einwirkungen Lithiumbatterien zerstören?

Ja – mechanische Verformung zerstört innere Schichten und erzeugt Mikrokurzschlüsse. Eine 5-mm-Einkerbung durch einen Aufprall kann die Kapazität aufgrund einer Beeinträchtigung des Separators um 30 % verringern.

Fallstudie: Wenn ein Akku eines Elektrowerkzeugs auf Beton fällt, zeigt sich möglicherweise kein unmittelbarer Schaden, aber versteckte Elektrodenbrüche erhöhen allmählich die Selbstentladungsraten. Profi-Tipp: Installieren Sie stoßdämpfende Abstandshalter in Akkus für Anwendungen mit starken Vibrationen. Übergangsweise sind geschwollene Zellen aufgrund früherer Misshandlungen anfälliger für Schlagversagen. Haben Sie schon einmal eine beschädigte Packung geöffnet? Häufig findet man delaminierte Elektroden und geschwärzten Elektrolyten – deutliche Anzeichen von interner Lichtbogenbildung.

Warum schwächen extreme Temperaturen Batterien?

Hitze (>45 °C) beschleunigt das SEI-Schichtwachstum und verbraucht aktives Lithium, während Kälte (<0 °C) beim Laden zu einer Lithiumplattierung führt. In beiden Fällen wird die Kapazität dauerhaft reduziert.

Beim Laden bei -10°C bilden bis zu 15 % der Lithium-Ionen metallische Ablagerungen statt zu interkalieren. Profi-Tipp: Heizen Sie Akkus vor dem Laden in kalten Umgebungen auf 10 °C vor. Übergangsweise erhöhen hohe Temperaturen auch die Elektrolytviskosität und verlangsamen die Ionenmobilität. Beispiel aus der Praxis: Elektroautos in Wüstenklimazonen weisen aufgrund kombinierter Hitze und Schnellladestress einen um 20 % schnelleren Kapazitätsverlust auf als in gemäßigten Zonen.

Welche Herstellungsfehler führen zu vorzeitigem Ausfall?

Elektrodenfehlausrichtung beim Wickeln führt zu Schwachstellen anfällig für Dendriten. Verunreinigungen wie Metallpartikel (<0,1 mm) verursachen Mikrokurzschlüsse, die die BMS-Erkennung umgehen.

Beispielsweise kann eine falsch aufgetragene Anodenbeschichtung dazu führen, dass 2 % des Kathodenmaterials freiliegen, was zu einer lokalen Überladung führt. Profi-Tipp: Fordern Sie Daten zur elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) von Lieferanten an, um versteckte Mängel zu identifizieren. Übergangsweise erhöht eine schlechte Laschenverschweißung den Widerstand und erzeugt bei Hochstromentladungen heiße Stellen. Würden Sie es riskieren? Eine einzelne defekte Zelle in einem 100-Zellen-Elektrofahrzeugpaket kann zu einem thermischen Durchgehen führen.

Wie schadet Tiefentladung Lithium-Ionen-Zellen?

Entladung unter 2,5 V/Zelle löst Kupferstrom auf Kollektoren, wodurch leitende Pfade entstehen, die eine Selbstentladung auslösen. Wiederherstellungsversuche führen häufig zu dauerhaften Kapazitätsverlusten von mehr als 40 %.

Eine Batterie, die eine Woche lang bei 1,8 V belassen wird, entwickelt interne Kupferbrücken, die täglich 5 % Ladung verbrauchen. Profi-Tipp: Stellen Sie die BMS-Unterspannungsabschaltung auf 2,8 V mit Hysterese ein, um ein Zurückspringen der Unterspannung zu verhindern. Übergangsweise müssen tief entladene Zellen zur teilweisen Wiederherstellung langsam auf 0,05 °C aufgeladen werden – sofern das BMS dies zulässt. Beispiel aus der Praxis: Solarspeichersysteme ohne Lastabschaltung leiden häufig unter nächtlichen Tiefentladungsschäden.

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