Порча литий ионного аккумулятора

[Freeok]

Как то я зарядил его по незнанию, зайдя с улицы. Температура аккумулятрра была ниже нуля. После этого случая емкость значительно просела. Что можно предположить тут с точки зрения химии? Не успевает поглощать электричество подаваемое контроллёром из за пониженной химической реакции или что? Или это здесь непричём?

[Шуша]

Самой большой проблемой аккумуляторов на литиевой основе является, как заставить литий в цикле заряда осаждаться на электроде ровным слоем. Просто так сам он этого категорически не хочет. И норовит осесть в виде порошка, частицы которого имеют слабую связь с электродом и по большей части перестают участвовать в циклах заряда/разряда. Проблема частично решается подбором состава электролита, а также профилем зарядного тока. Скорее всего, при низкой температуре эта проблема усугубилась.
Кстати, случаи воспламенения литиевых аккумуляторов как раз и связаны с накоплением порошкообразного лития. Он пирофорен и в случае разгерметизации аккумулятора моментально воспламеняется. В то время как кусковой литий не так-то просто поджечь.

[Freeok]

Я не совсем понимаю, по какой причине аккумулятор разряжается быстрее на холоде. Это связано с утечкой заряда внутри самой ячейки, минуя цепь с нагрузкой или проходит больший ток по нагрузке? Может ли он разрядиться из-за этого до критического напряжения прежде, чем отключится питаемое устройство?

[Freeok]

Кстати, когда я его разбирал, после разгерметизации он не воспламенился, хотя, был сильно вздут. Только после того как я расправил электроды для большего контакта с воздухом, ленты вспыхнули без внешней инициации, только за счёт контакта с воздухом. Может ли это являться признаком образования порошкообразного лития? Мог ли в тех же условиях воспламенитья слой нормального лития? Набухшее состояние говорит об образовании высокой температуры внутри корпуса или связано с большим объемом, занимаемым порошкообразным литием в корпусе?

[Шуша]

Емкость на холоде падает у всех химических источников тока. Саморазряд тут не при чем. Скорость всех процессов, протекающих в них, замедляется. Внешне это выглядит как увеличение внутреннего сопротивления источника. Т.е. при одном и том же выдаваемом токе напряжение на источнике тока проседает сильнее на холоде, чем в тепле.
Да и потребление полупроводниковых приборов на холоду изменяется. У всех полупроводников сопротивление при снижении температуры возрастает, значит им для работы требуется большее напряжение, а следовательно и аккумулятор раньше "закончится".
Кусковой литий, даже в виде тонкой ленты сам не воспламеняется.
Раздутие могло произойти от чего угодно. Мог прорасти дендрит лития через сепаратор и устроить местное КЗ с разогревом и газообразованием. Мог порошок наработаться. Может еще чего...

[Freeok]

Хотелось бы найти однозначный ответ производителя на вопрос: можно ли холодный аккумулятор заряжать или нельзя? Я таких предостережений не встречал. А Вы?

[Freeok]

Шуша, спасибо.

[Шуша]

Хотелось бы найти однозначный ответ производителя на вопрос: можно ли холодный аккумулятор заряжать или нельзя? Я таких предостережений не встречал. А Вы?

Не было такой задачи.
Но, в принципе, можно запросить у производителя такую информацию... Не факт, что они эти испытания проводили. Тогда дальше будет проще.))) Зря вы разобрали ИТ, они скорее всего, вам бы его бесплатно заменили.

[Freeok]

Где-то читал, из таких же источников, что пониженное напряжение вредит каким то образом аккумулятору. Как это происходит, понятия не имею. Если это имеет место, то причина могла быть не в зарядке, а в использовании его при низких температурных условиях. Напряжение упало ниже критического и произошло то, что произошло.

[ANDSPB]

нельзя заряжать
тоже мобильник холодный заряжал, вздулся в 2 раза.
теперь только в костер его кидать, бахает знатно, не первый акк в костре.
разбирать безопасно разряженный акк

[Freeok]

Я пытался выяснить этот вопрос с одним ремонтником. Он с пеной у рта пытался убедить меня что знает лучше всех и никакой опасности для аккумулятора не представляет зарядка при низкой температуре. Вот и доверяй людям на слово)) и не ищи истины самостоятельно))
А тут нарыл вот что:
Li ion can be fast charged from 5°C to 45°C (41 to 113°F). Below 5°C, the charge current should be reduced, and no charging is permitted at freezing temperatures because of the reduced diffusion rates on the anode. During charge, the internal cell resistance causes a slight temperature rise that compensates for some of the cold. The internal resistance of all batteries rises when cold, prolonging charge times noticeably.

Many battery users are unaware that consumer-grade lithium-ion batteries cannot be charged below 0°C (32°F). Although the pack appears to be charging normally, plating of metallic lithium can occur on the anode during a sub-freezing charge. This is permanent and cannot be removed with cycling. Batteries with lithium plating are more vulnerable to failure if exposed to vibration or other stressful conditions. Advanced chargers (Cadex) prevent charging Li-ion below freezing.

Advancements are being made to charge Li-ion below freezing temperatures. Charging is indeed possible with most lithium-ion cells but only at very low currents. According to research papers, the allowable charge rate at –30°C (–22°F) is 0.02C. At this low current, the charge time would stretch to over 50 hours, a time that is deemed impractical. There are, however, specialty Li-ions that can charge down to –10°C (14°F) at a reduced rate.

В дальнейшем будем внимательны, чтобы не портить аккумулятор. Если аккумулятор находится во внешнем кармане куртки и вы зашли только что с мороза, наверняка он будет ниже нуля. Я так второй аккумулятор испортил.

[Freeok]

Причём, отмечено, что разрядка литий ионного аккумулятора допускается в пределах от -20 до +60 градусов Цельсия. Я предполагал, выше, не могла ли быть причина в самом использовании при низкой температуре? Оказывается можно пользоваться до -20 градусов. Вся причина в зарядке. Жаль, что в рунете на такой запрос выдаётся в основном только околонаучная туфта, и только на забугорных сайтах можно раздобыть более или менее достоверную инфу. Деградируем..

[ximi]

Вы деградитуете ?

[Polychemist]

Да, вероятно дело в диффузии. Литиевые ионы не успевают восстанавливаться, где-то там начинаются какие-то перенапряжения и электролит восстанавливается с образованием газообразных продуктов, которые раздувают батарейку и разрушают углерод, куда тот литий должен интеркалироваться. Ну и нужен умный зарядник с термометром, чтобы регулировал ток и напряжение в зависимости от температуры и ёмкости батарейки.

[Freeok]

Если я не ошибаюсь, термометр есть в батарее. Устанавливал когда-то программу, которая показывала температуру батареи. Аккумулятор должен сообщить заряднику, можно заряжать или нельзя. Термометр должен быть в аккумуляторе, а не в заряднике.

[Polychemist]

Ага. Должен. Но может не во всякой. В идеале батарейка должна говорить заряднику свою ёмкость и температуру. А он должен мочь это слышать и использовать. В реальности заряжаем всем, что имеет USB разъём. Хотя тогда (в идеале) зарядом батареи должно рулить само устройство, куда она воткнута. Смартфоны, возможно, это могут, во всяком случае мозгов у них достаточно. А вот типа шуруповёрт - не знаю.

[Origin]

Li ion can be fast charged from 5°C to 45°C (41 to 113°F). Below 5°C, the charge current should be reduced, and no charging is permitted at freezing temperatures because of the reduced diffusion rates on the anode. ...Many battery users are unaware that consumer-grade lithium-ion batteries cannot be charged below 0°C (32°F). Although the pack appears to be charging normally, plating of metallic lithium can occur on the anode during a sub-freezing charge. This is permanent and cannot be removed with cycling. Batteries with lithium plating are more vulnerable to failure if exposed to vibration or other stressful conditions.
В дальнейшем будем внимательны, чтобы не портить аккумулятор. Если аккумулятор находится во внешнем кармане куртки и вы зашли только что с мороза, наверняка он будет ниже нуля. Я так второй аккумулятор испортил.

Ну, да, при низкой температуре интеркаляция ионов лития из раствора электролита в графитированный углерод (из которого в основном состоит анод современных литий-ионных батарей) замедлена, и при попытке заряжать стандартным током значительная часть ионов лития будет разряжаться (Li(+)->Li(0)) у поверхности анода со стороны электролита, производя частицы высокодисперсного металлического лития (тот самый plating). По причине большой удельной поверхности эти частицы обладают очень высокой реакционной способностью (к тому же сам по себе литий - химически активный металл), поэтому они активно реагируют с компонентами электролита с выделением газов (герметичная батарея при этом вздувается), а при вскрытии батареи на воздухе "пирофорят"- активно реагируют с кислородом, воспламеняясь и поджигая горючие компоненты батареи. Если к тому же батарея была ещё и заряжена, термо-, свето-, дымо-, шумо-эффекты усиливаются. И, да, образование того самого плэйтинга - процесс необратимый, т.е. этот литий уже не может далее участвовать процессах зарядки-разрядки, что приводит к падению ёмкости. Кроме того, как уже говорилось, этот "потерянный" активный литий активно разлагает компоненты электролита, тем самым дополнительно ухудшая работу батареи.

[Freeok]

Короче, должны быть смарт батареи, самостоятельно управляющие током. Зарядник подводит лишь напряжение с нужной мощностью. Но как ограничивать ток, используя простые схемы, без потери на падении напряжения? Придётся использовать относительно дорогой преобразователь тока на транзисторах. Транзисторы греются. Для миниатюрных батарей для смартфонов невыполнимая задача. А вот просто отрезать ток, когда температура не соответствует условиям эксплуатации, схема может. На счёт плэйтинга, спасибо что расшифровали термин. Я полагал, что этот термин означает покрытие в монолитный слой. Вы точно уверены, что образуется порошковый слой? Я в словаре смотрел:
Plating is a thin layer of metal on something, or a covering of metal plates.
покрытие слоем металлов (золочение, никелировка, серебрение) (особенно с помощью электролиза)

[Origin]

Да, абсолютно уверен касаемо обычных современных широко используемых литий-ионных батарей. Имеющиеся там условия совершенно не благоприятствуют образованию равномерного однородного покрытия. Примите хотя бы во внимание материал и состояние поверхности подложки, а также активность осаждаемого металла. Так что в данном конкретном случае плэйтинг получается очень рыхлый и весьма условный.

[Origin]

Ну вот Шуша выше (Вт дек 18, 2018 7:29 am) уже об этом писал, только имел в виду, похоже, аккумуляторы (многократно перезаряжаемые батареи) с металлическим литиевым анодом. Вот из-за этих самых проблем такие аккумуляторы пока практически не используются, тем более с жидким электролитом. Вместо них повсеместно применяются "одноразовые" (не перезаряжаемые) батарейки с литиевым анодом - те самые маленькие плоские круглые "таблетки", а также аккумуляторные (перезаряжаемые) призматические - как в смартфонах - и цилиндрические батареи, у которых анод представляет собой пасту из частиц графитированного углерода, отложенную тонким слоем на медную фольгу. При зарядке последних ионы лития интеркалируются между графитными слоями и восстанавливаются до нейтральных атомов, так что когда батарея заряжена, эти частицы графитированного углерода можно условно представить как слоёные пирожки, где слои графена (толщиной в один атом углерода) чередуются со слоями лития (также толщиной в один атом) - та ещё реакционноспособная композиция, сопоставимая по способности к самовоспламенению на воздухе с высокодисперсным металлическим литием. Так что разбирать заряженные аккумуляторные батареи ну очень не рекомендуется.