Lipo entlüftet - Murks oder Alternative?
- Themenstarter Elektroniker1968
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Ich versuche mal abseits von "man sollte" herauszuarbeiten warum sich die Zelle beim zu tiefen entladen aufbläht.
Ohne zu tief in die Chemie abzudriften sieht der Aufbau wie folgt aus:
-Die negative Elektrode besteht aus Kupfer und darauf Graphit (Kohlenstoff)
-Einen gelartigen Separator aus Polymerfolie
-Die positive Elektrode besteht aus Aluminium und darauf ein Metalloxid (meistens Cobalt)
Um beim Bau des Akku das Lithium einzufügen wird als positives Elektroden-Material Lithium-Cobalt-diOxid (LiCoO2) verwendet.
Im normalen Betrieb kann das Lithium reversibel sowohl in der Kristallstruktur des Graphit als auch des Cobaltdioxid vorliegen. Es befindet sich nur in den Zwischenräumen des Kristall und geht keine chemische Bindung ein.
Beim Laden wandert die Lithiumionen vom Cobaltdioxid zum Graphit
Und beim Entladen vom Graphit zum Cobaltdioxid.
(der Vollständigkeit halber möchte ich hinzuzufügen, dass auch die Elektronen in diese Richtung wandern, aber über die Elektroden)
Die Spannungsdifferenz im geladenen Zustand beträgt (Li: -3.04V O2:+1,23V) theoretisch 4,27V.
Da aber nicht die reinen Element vorliegen ist die Spannung geringer. Die bekannten 4,2V
Da beim Entladen immer mehr Lithiumionen in das Cobaltdioxit Kristall wandern, sinkt die Spannungsdifferenz.
Bis zu einer Spannung von 3V kommt es dabei zu keiner Chemischen Zersetzung. Um den Lipo nicht schnell altern zu lassen wird als praktische Grenze 3,3V vorgeschlagen.
Ab 3V sinkt die Zellenspannung sehr schnell. Schon kleine Stromspitzen drücken die Spannung.
Dies erkennen die Handelsüblichen LiPo Warner nicht, da sie die Spannung über Kondensatoren glätten müssen und nicht bei der ersten Last (bei vollem Akku) loszuschlagen.
Bis zu einer Spannung von 2,5V wird nur wenig Sauerstoff aus dem Cobaltdioxit gelöst (und reagiert mit dem Elektrolyth) und bläht die Zelle auf.
Damit verliert die Zelle sowohl Kapazität also auch C-Rating durch einen steigenden Innenwiderstand.
Ab 2,5V ist der LiPo irreversibel geschädigt. Es werden mit weiter sinkenden Spannung immer mehr Kupfer-Ionen aus der Elektrode herausgelöst, die vermehrt zu Mikro-Kurzschlüßen führen.
Ohne zu tief in die Chemie abzudriften sieht der Aufbau wie folgt aus:
-Die negative Elektrode besteht aus Kupfer und darauf Graphit (Kohlenstoff)
-Einen gelartigen Separator aus Polymerfolie
-Die positive Elektrode besteht aus Aluminium und darauf ein Metalloxid (meistens Cobalt)
Um beim Bau des Akku das Lithium einzufügen wird als positives Elektroden-Material Lithium-Cobalt-diOxid (LiCoO2) verwendet.
Im normalen Betrieb kann das Lithium reversibel sowohl in der Kristallstruktur des Graphit als auch des Cobaltdioxid vorliegen. Es befindet sich nur in den Zwischenräumen des Kristall und geht keine chemische Bindung ein.
Beim Laden wandert die Lithiumionen vom Cobaltdioxid zum Graphit
Und beim Entladen vom Graphit zum Cobaltdioxid.
(der Vollständigkeit halber möchte ich hinzuzufügen, dass auch die Elektronen in diese Richtung wandern, aber über die Elektroden)
Die Spannungsdifferenz im geladenen Zustand beträgt (Li: -3.04V O2:+1,23V) theoretisch 4,27V.
Da aber nicht die reinen Element vorliegen ist die Spannung geringer. Die bekannten 4,2V
Da beim Entladen immer mehr Lithiumionen in das Cobaltdioxit Kristall wandern, sinkt die Spannungsdifferenz.
Bis zu einer Spannung von 3V kommt es dabei zu keiner Chemischen Zersetzung. Um den Lipo nicht schnell altern zu lassen wird als praktische Grenze 3,3V vorgeschlagen.
Ab 3V sinkt die Zellenspannung sehr schnell. Schon kleine Stromspitzen drücken die Spannung.
Dies erkennen die Handelsüblichen LiPo Warner nicht, da sie die Spannung über Kondensatoren glätten müssen und nicht bei der ersten Last (bei vollem Akku) loszuschlagen.
Bis zu einer Spannung von 2,5V wird nur wenig Sauerstoff aus dem Cobaltdioxit gelöst (und reagiert mit dem Elektrolyth) und bläht die Zelle auf.
Damit verliert die Zelle sowohl Kapazität also auch C-Rating durch einen steigenden Innenwiderstand.
Ab 2,5V ist der LiPo irreversibel geschädigt. Es werden mit weiter sinkenden Spannung immer mehr Kupfer-Ionen aus der Elektrode herausgelöst, die vermehrt zu Mikro-Kurzschlüßen führen.
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Meist ist es mangelhafte Zellenchemie.
Schlechte Chargen kommen leider oft vor.
Ich kenne es von meinen Booten, wenn keine Selektion vom Importeur oder Händler erfolgt ist das Risiko mackig Zellen zu bekommen sehr hoch.
Habe letztens einen neuen Packung in MonoA zurück gehen lassen.
5600 2S nach 6min Rennen, hatte noch 30% war aber Kugelfischig, Ersatzakku grad mal 43Grad nach 6min und Bretthart
Schlechte Chargen kommen leider oft vor.
Ich kenne es von meinen Booten, wenn keine Selektion vom Importeur oder Händler erfolgt ist das Risiko mackig Zellen zu bekommen sehr hoch.
Habe letztens einen neuen Packung in MonoA zurück gehen lassen.
5600 2S nach 6min Rennen, hatte noch 30% war aber Kugelfischig, Ersatzakku grad mal 43Grad nach 6min und Bretthart
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Hallo brandtaucher,
Das "gut behandelte" Zellen auch altern liegt daran, das sich das Lithium nicht vollkommen homogen bewegt.
Die Elektroden sind Dreidimensional. Im vorderen Bereich des Kristall sammeln sich erste Lithiumionen und "verstopfen" den
Weg du den freien Plätzen ein wenig. Damit kommt es hier lokal in sehr geringen Maße auch zu einer "Übersättigung" und damit zur Zersetzung des Kristalls.
Daher altern Akkus und blähen sich auf.
Der Alterungsprozess ist aber von vielen Faktoren abhängig:
Grüße Jörg
Das "gut behandelte" Zellen auch altern liegt daran, das sich das Lithium nicht vollkommen homogen bewegt.
Die Elektroden sind Dreidimensional. Im vorderen Bereich des Kristall sammeln sich erste Lithiumionen und "verstopfen" den
Weg du den freien Plätzen ein wenig. Damit kommt es hier lokal in sehr geringen Maße auch zu einer "Übersättigung" und damit zur Zersetzung des Kristalls.
Daher altern Akkus und blähen sich auf.
Der Alterungsprozess ist aber von vielen Faktoren abhängig:
- Hohe Lade und vor allem Entlade-Ströme
- Für hohe C-Werte müssen die Elektroden und der Separator dünn sein. Weil weniger Elektroden-Material vorhanden ist das zersetzt werden kann, altern diese Zellen schneller. Also nicht angepasstes C-Rate.
- Schlechtes, verunreinigtes, beschädigtes Eletroden (und Separator) Material
- Temperatur über 45°C
- Voll geladen lagern
Grüße Jörg
Hallo teramax,
wenn ein LiPo gebaut wird müssen die LithiumIonen (Li+)ja erstmal in den Akku.
Das geschieht über das im CoO2 eingelagerte Li+. Bei der ersten Ladung wandern die Li+ durch den Elektrolyt an der Grenzfläche und bildet eine elektrisch isolierende, aber für Li+ durchlässige Grenzschicht. Diese schützt die Elektrode vor Korrosion. Dabei wird irreversibel etwas Li+ verbraucht.
Ab dann tickt die Zeit. Denn die sogenannte Selbstentladung besteht neben Mikro-Kurzschlüssen zum großen Teil aus weiterem Aufbau der Schutzschicht. Die sinkende Kapazität entspricht dabei den verloren gegangenem Li+.
Dabei ist die Reduktionswirkung der negativen Elektrode (Graphit) höher als die Oxidationswirkung der positiven Elektrode (CoO2). Beim Laden werden die Positiven Li+ in der negativen Elektrode eingelagert und verstärken damit das Wachstum der Schutzschicht stärker als im ungeladenen Zustand.
wenn ein LiPo gebaut wird müssen die LithiumIonen (Li+)ja erstmal in den Akku.
Das geschieht über das im CoO2 eingelagerte Li+. Bei der ersten Ladung wandern die Li+ durch den Elektrolyt an der Grenzfläche und bildet eine elektrisch isolierende, aber für Li+ durchlässige Grenzschicht. Diese schützt die Elektrode vor Korrosion. Dabei wird irreversibel etwas Li+ verbraucht.
Ab dann tickt die Zeit. Denn die sogenannte Selbstentladung besteht neben Mikro-Kurzschlüssen zum großen Teil aus weiterem Aufbau der Schutzschicht. Die sinkende Kapazität entspricht dabei den verloren gegangenem Li+.
Dabei ist die Reduktionswirkung der negativen Elektrode (Graphit) höher als die Oxidationswirkung der positiven Elektrode (CoO2). Beim Laden werden die Positiven Li+ in der negativen Elektrode eingelagert und verstärken damit das Wachstum der Schutzschicht stärker als im ungeladenen Zustand.
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