1. Alterung und Zerfall des Batteriematerials

Zu den Materialien in Lithiumbatterien gehören hauptsächlich: Aktivmaterialien für positive und negative Elektroden, Bindemittel, Leitmittel, Stromabnehmer, Separatoren und Elektrolyte. Bei der Verwendung von Lithiumbatterien unterliegen diese Materialien einem gewissen Grad an Zerfall und Alterung. Tang Zhiyuan et al. glaubten, dass zu den Faktoren, die den Kapazitätsabfall in Mangan-Säure-Lithiumbatterien verursachen, die Auflösung des positiven Elektrodenmaterials, Phasenänderungen im Elektrodenmaterial, Elektrolytzersetzung, Bildung eines Grenzflächenfilms und Korrosion des Stromkollektors gehören. Vetter et al. analysierte systematisch und gründlich die Veränderungen der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und des Elektrolyten der Batterie während des Radfahrens. Der Autor ging davon aus, dass die Bildung und das anschließende Wachstum des SEI-Films auf der negativen Elektrode mit einem irreversiblen Verlust an aktivem Lithium einhergehen würden und der SEI-Film keine echte Festelektrolytfunktionalität besaß. Die Diffusion und Migration anderer Stoffe als Lithiumionen würde zur Gasbildung und zum Aufplatzen von Partikeln führen. Darüber hinaus würden Änderungen des Materialvolumens während der Zyklen und die Ausfällung von metallischem Lithium ebenfalls zu Kapazitätsverlusten führen.

2. Lade- und Entladesystem 

Das Lade- und Entladesystem umfasst hauptsächlich drei Aspekte: Lade- und Entlademethode, Rate und Abschaltbedingungen. Bezüglich der Lademethode schlug der amerikanische Wissenschaftler Mas das Konzept einer optimalen Ladekurve vor. Er glaubte, dass der optimale Ladestrom einer Batterie mit zunehmender Ladezeit allmählich abnimmt, was durch die Formel I=I0e-αt ausgedrückt werden kann. In dieser Formel stellt I den aufnehmbaren Ladestrom dar; I0 stellt den maximalen Anfangsstrom zum Zeitpunkt t=0 dar; t stellt die Ladezeit dar; und α stellt die Zerfallskonstante dar. Die Beziehungskurve zwischen I und t ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

3. Temperatur

Verschiedene Arten von Lithiumbatterien haben unterschiedliche optimale Betriebstemperaturen und sowohl zu hohe als auch zu niedrige Temperaturen können sich auf die Lebensdauer der Batterien auswirken.

4. Zellkonsistenz

Batteriepacks bestehen typischerweise aus Hunderten oder sogar Tausenden einzelner Zellen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind. Neben den oben genannten Faktoren, die ihre Zyklenlebensdauer beeinflussen, ist die Zellkonsistenz ein weiterer entscheidender Faktor. Aufgrund unterschiedlicher Materialien und Herstellungsverfahren ist es schwierig, die Konsistenz von Lithium-Ionen-Batteriezellen sicherzustellen. Bei den Materialien ist die Einheitlichkeit der positiven und negativen Elektrodenmaterialien und Elektrolyte entscheidend. Lithiumbatterien, die aus denselben Materialien und in derselben Charge hergestellt werden, weisen häufig eine relativ bessere Konsistenz auf.

Hinsichtlich der Herstellung ist der Produktionsprozess von Lithiumbatterien komplex und umfasst bei jedem Schritt mehrere Prozessparameter. Eine schlechte Steuerung kann zu Inkonsistenzen bei Parametern wie Batteriespannung, Kapazität und Innenwiderstand führen.

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