Razones de la autodescarga en las baterías de iones de litio

La autodescarga en baterías de iones de litio se refiere al fenómeno por el cual la carga/voltaje de la batería disminuye naturalmente al desconectarse de un circuito externo (es decir, en estado de circuito abierto). Esta es una característica inherente a todas las baterías, aunque el grado varía. Las baterías de iones de litio presentan una tasa de autodescarga relativamente baja, pero aun así se ven afectadas. Las principales causas se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Reacciones químicas secundarias inevitables (autodescarga normal)

(1) Crecimiento y disolución de la capa SEI:

El ánodo (normalmente de grafito) está recubierto con una capa de interfase electrolítica sólida (ISE) que se forma durante la carga/descarga inicial, esencial para el funcionamiento de la batería. Sin embargo, la capa de ISE no es completamente estable. Durante el almacenamiento, especialmente a temperaturas elevadas, sufre una lenta disolución y reformación. Esta reformación consume iones de litio y electrolito, lo que provoca pérdida de capacidad y caída de tensión, un factor importante en la autodescarga.

(2) Oxidación/reducción de electrolitos:

Los materiales catódicos cargados (p. ej., LiCoO₂, NCM, LiFePO₄) son altamente oxidativos. Los disolventes electrolíticos (p. ej., EC, DMC) y los aditivos se descomponen gradualmente por oxidación al estar en contacto prolongado con el cátodo de alto potencial. De igual manera, en el ánodo, a pesar de la protección SEI, pueden ocurrir pequeñas reacciones de reducción del electrolito. Estas reacciones parásitas agotan los iones de litio activos, lo que provoca una pérdida de capacidad.

(3) Reacciones de impurezas:

Las impurezas traza (por ejemplo, iones Fe, Cu, Zn) en los materiales de los electrodos o en los colectores de corriente pueden crear microcortocircuitos o participar en reacciones secundarias, consumiendo carga.

2. Microcortocircuitos internos (causados por defectos de fabricación o envejecimiento)

(1) Defectos del separador:

Los microporos, impurezas o puntos débiles en el separador pueden permitir la conducción electrónica (microcortocircuitos) entre electrodos tras el ciclo o un almacenamiento prolongado, lo que provoca una fuga de carga directa. Esta es una de las principales causas de una autodescarga anormalmente alta. Si bien los separadores bloquean macroscópicamente los electrones, se pueden formar microvías de fuga de electrones a través de redes conductoras o electrolitos.

(2) Penetración de dendritas:

Las dendritas de litio pueden formarse de forma irregular en el ánodo debido a sobrecarga, carga a baja temperatura o envejecimiento. Las dendritas afiladas pueden penetrar el separador, puenteando los electrodos y provocando cortocircuitos internos.

(3) Contaminación por polvo metálico:

El polvo metálico residual (p. ej., del corte de electrodos) atrapado entre electrodos o separadores puede causar microcortocircuitos. Si bien es imposible lograr condiciones completamente libres de polvo, el polvo en pequeñas cantidades tiene un impacto insignificante. Sin embargo, el polvo que supera el umbral necesario para perforar el separador acelera significativamente la autodescarga. Para soluciones de separadores de alta calidad, consulte nuestra Equipos de línea de producción de baterías .

3. Efectos de la temperatura

La temperatura es un factor crítico. Las temperaturas más altas aceleran exponencialmente todas las reacciones de autodescarga (evolución de SEI, descomposición del electrolito, reacciones de impurezas). Por lo tanto, las baterías deben almacenarse a bajas temperaturas (evitando la congelación) durante largos periodos.

4. Impactos de la autodescarga

• Pérdida de capacidad: Capacidad utilizable reducida.

• Caída de voltaje: disminución del voltaje de circuito abierto (OCV) con el tiempo.

• Envejecimiento acelerado: las reacciones secundarias (por ejemplo, el crecimiento de SEI) consumen litio/electrolitos activos, lo que acelera el envejecimiento.

• Desafíos de la estimación del SOC: la autodescarga complica la estimación precisa del estado de carga (SOC) a través del voltaje.

• Riesgos de seguridad: Los microcortocircuitos graves pueden provocar un calentamiento localizado o una fuga térmica.

5. Estrategias de mitigación

(1) Optimizar el diseño y los materiales:

Mejore la estabilidad del SEI, desarrolle electrolitos resistentes a la oxidación, utilice materiales de alta pureza y mejore la calidad del separador. Explore nuestros equipos de baterías personalizados para obtener soluciones a su medida.

(2) Condiciones de almacenamiento de control:

• Temperatura: Conservar entre 10°C y 25°C (evitar <0°C).

• Estado de carga (SOC): Mantenga un 40%–60% de SOC para el almacenamiento a largo plazo. La carga completa acelera la oxidación del electrolito; una descarga profunda puede dañar el ánodo.

(3) Recarga periódica:

Para baterías inactivas, controle el voltaje/SOC y recárguelo al ~50 % cuando esté bajo para evitar una descarga profunda.

(4) Control estricto de fabricación:

Minimiza las impurezas/polvo metálico y garantiza la integridad del separador. Nuestro Suministro de material de batería Ofrece materiales de alta pureza para reducir los riesgos de contaminación.

Conclusión