リチウム電池の容量低下要因まとめ - 一级

1 リチウム分析とSEI膜

この記事では、リチウムイオン電池の容量劣化のメカニズムを包括的に分析し、リチウムイオン電池の経年劣化と寿命に影響を与える要因を分類して整理し、過充電、SEI膜の成長と電解液、自己放電、リチウムイオン電池の劣化などのさまざまなメカニズムについて詳しく説明します。活物質の損失、および集電体の腐食。近年の電池劣化メカニズムに関するさまざまな分野の学者の研究の進歩を要約し、リチウムイオン電池劣化の影響要因と作用機序を詳細に分析し、劣化副反応のモデル化方法について詳しく説明します。

リチウムイオン電池の劣化原因の分類と影響

1. リチウムイオン電池の劣化原因の分類

リチウムイオン電池の劣化プロセスは、電気自動車でのグループ分け方法、環境温度、充放電率、放電深度などのさまざまな要因に影響されます。容量とパフォーマンスの低下は通常、多数の物理的および化学的メカニズムに関連する複数の副反応プロセスの結果です。劣化のメカニズムと老化の形態は非常に複雑です。リチウムイオン電池の劣化メカニズムを包括的に解析します。リチウムイオン電池の実際の劣化プロセスでは、リチウムイオン電池の各構成要素で異なる副反応や相転移プロセスが発生し、各プロセスが容量劣化に異なる影響を与えます。

国内外での最近の研究の進歩に基づくと、リチウムイオン電池の容量劣化メカニズムに影響を与える主な要因には、SEI フィルムの成長、電解質の分解、リチウムイオン電池の自己放電、電極活物質の損失、集電体の腐食が含まれます。。実際のリチウムイオン電池の劣化過程では、電極反応と同時にさまざまな副反応が発生し、さまざまな劣化メカニズムが連動・連動するため、劣化メカニズムの研究はさらに困難になります。

2. リチウムイオン電池の経年変化による影響

リチウムイオン電池の経年劣化は、その全体的な性能に大きな影響を及ぼし、主に充放電性能の低下、利用可能な容量の低下、熱安定性として現れます。

経年劣化後のリチウムイオン電池の主な外部特性は、利用可能な容量の減少と内部抵抗の増加であり、これにより、リチウムイオン電池の実際の充放電容量と最大利用可能な充放電電力が減少します。 ;一方で、リチウムイオン電池の内部抵抗の増加により、発熱量の増大、モジュール内部の温度上昇、使用時の温度ムラの増大などの問題が発生しており、電池の熱管理システムに対する要求が高まっています。リチウムイオン電池;ただし、リチウムイオン電池の内部副反応は電池グループや接続構造の違いにより異なり、個々の使用条件によって異なります。バッテリーを使用すると、バッテリー内の個々のセルの劣化速度が変化し、リチウムイオンバッテリーパックの不均一性が悪化します。

リチウムイオン電池の開回路電圧曲線は、リチウムイオン電池の現在の内部起電力を特徴づけます。リチウムイオン電池が経年劣化すると、開回路電圧曲線が元の状態に対してある程度シフトまたは変形し、その結果、リチウムイオン電池の実際の充放電電圧曲線が変化し、電池状態の精度に影響を及ぼします。実際の使用中にバッテリー管理システムで推定されます。リチウムイオン電池が劣化すると、リチウムイオン電池の最大充電率と放電率も低下します。バッテリー管理システムが適応的な調整を行わないと、リチウムイオンバッテリーの過充電、過放電、高出力使用が容易に発生し、リチウムイオンバッテリー使用の安全上のリスクが高まります。

リチウムイオン電池の容量低下のメカニズム

1. リチウム析出による容量低下影響の分析

この図は、負極からのリチウム析出による活性リチウムイオンの損失を示しています。これは、電解質から電極表面へのリチウム析出のプロセスを指します。負極表面のリチウムの析出は、リチウムイオン電池の劣化の重要な原因であり、電池の安全性に影響を与える重要な要因です。負極電位が 0V (Li/Li+ に対して) のしきい値を超えると、負極表面にリチウムの析出が発生します。

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リチウムの析出により、リチウムイオン在庫が不可逆的に失われ、利用可能な容量が減少する可能性があります。図に示すように、リチウム樹枝状結晶の成長により、活性リチウムイオンが失われます。バッテリー内のリチウムの析出に影響を与える要因は数多くあります。一部の学者は、黒鉛負極へのリチウムイオンの挿入速度が遅いこと、または負極へのリチウムイオンの移動速度が速いことが、リチウムの析出を引き起こす可能性があると考えています。また、低温条件下ではリチウムイオンの拡散速度が遅くなり、負極の作動電位がリチウム析出電位に非常に近くなり、リチウム析出が起こりやすくなるという研究結果もある。さらに、N/P (正極容量に対する負極容量の比) が小さすぎるとリチウムの析出が発生する可能性があり、局所的な電極の分極や幾何学的不一致もリチウムの析出を引き起こす可能性があります。

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リチウムの進化は老化プロセスと密接に関係しています。ミュルバウアーら。電極のリチウム析出は、内部欠陥が存在する電池で発生する可能性が高いと考えられています。 Kabir と Demirocak は、バッテリー内のリチウムの析出現象が経年劣化の後期段階で加速し、バッテリー容量の変曲点が発生する主な原因の 1 つになることを発見しました。その理由は、電池の経年劣化に伴い、ＳＥＩの発生により負極の空隙率が低下し、負極における電解液電位の勾配が大きくなるためである。したがって、充電プロセス中に負極の電位が低下し、0V 未満に低下する可能性が高く、その結果、リチウムが析出します。リチウムの析出プロセスにより、負極の多孔性が低下し、電解液の電位勾配が増加する可能性があり、その結果、電池の劣化が促進されます。電池が放電状態にある場合、デンドライト上のリチウムが溶解することがありますが、この材料は集電体との接触がないため電子を得ることができず、充放電中の電極反応に参加できず、死んだリチウムが形成されます。図に示すように、リチウムの析出により活性リチウムイオンが失われます。

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2. SEI膜成長による容量劣化への影響

SEI膜とは、リチウムイオン電池の負極表面に形成される不動態皮膜で、イオン伝導性を有し、電子の通過を妨げ、電解液と負極を隔離します。 SEI 膜の成長は、負極と電解液の界面におけるリチウムイオン電池の主な副反応であり、不可逆的な容量損失を引き起こす可能性があります。バッテリーの速度、寿命、安全性の特性は SEI フィルムと密接に関係しています。通常の使用条件下では、SEI フィルムが電池内の活性リチウムの損失を引き起こす主な要因となります。

SEI膜は主にLi2CO3、LiF、Li2Oなどの無機物と、ROCO2Li、ROLi、RCOO2Li（Rは有機基）などの有機物で構成されています。一部のバッテリーでは、SEI フィルムの厚さが 100nm を超える場合があります。リチウムイオン電池の充放電プロセスでは、正極と負極の間でリチウムイオンの放出と挿入が繰り返されます。充電中、正極材料内の活性リチウムイオンはセパレータを通過して負極表面に到達し、半電池反応を経て負極材料に埋め込まれます。リチウムイオン電池の負極表面の動作電位は、一般に電解質の熱力学的に安定な電位窓よりも低いため、リチウムイオン、電解質、および負極表面の電子が接触すると、電解液が減少する可能性があります。また、負極近傍では物質間のさまざまな複雑な反応が起こり、負極表面にSE皮膜が形成され、リチウムイオン電池の活物質が失われ、最大利用容量の低下や寿命の低下につながります。インピーダンスの増加。

SEI フィルムの形成は、高温および高充電状態 (SOC) 条件下でのカレンダー劣化の主な理由の 1 つでもあります。通常の温度サイクルで生成された新しいバッテリーと SEI フィルムと比較すると、高温で生成された SEI フィルムは、低温で生成されたものよりも熱安定性が高く、密度が高いため、バッテリーの劣化速度を遅らせることができます。負の SEI フィルムの成長はリチウムイオン電池の容量と内部抵抗に悪影響を与える可能性がありますが、安定した SEI フィルムは電極材料の界面特性を改善し、電池サイクル性能を向上させることができます。一部の学者は、SEI フィルムの緻密な内層 (初期 SEI フィルム) と多孔質の外層 (長期成長層) によって形成される二重層構造が、SEI フィルムの電池特性への影響をよりよく説明できると信じています。

SEI膜の組成を正確に解析することは依然として困難ですが、SEI膜の成長、破壊、再生過程は電池の容量劣化過程と密接に関係していると考えられています。ＳＥＩ膜は初期形成時に形成されるが、この時点ではＳＥＩ膜は緩い多孔質となっている。電解液はフィルム表面の細孔から浸透し、電極と接触すると分解反応を起こします。生成物が細孔を埋め、SEI 膜が緻密になります。しかし、電池の長期使用サイクルでは、電極材料自体も膨張や破断などの現象を起こし、表面のSEIモードが応力を受けて薄くなり、その結果SEI膜が成長し続けます。サイクル。しかし、急速放電中にも SEI フィルムが損傷する可能性があり、その際に電極の体積が急速に収縮し、高応力下で SEI フィルムが破断し、結果として SEI フィルムの破損が発生します。破壊された SEI フィルムは、その後のサイクリングプロセス中に徐々に修復されます。しかし、局所的な破壊によりSEI膜全体の構造が不規則になり、成長部分付近の電流密度が高くなり、その部分のSEI膜の成長、破壊、再成長を促進する正のフィードバックが形成され、局所的な異常な老化につながり、徐々にバッテリー全体の容量が低下します。

合理的な形成技術により SEI 膜の密度が向上し、老化プロセスが遅くなります。同時に、低温環境でも緻密なSEI膜の生成が促進され、電池の耐用年数が向上します。

2 集電体の腐食と活物質の損失

集電体の腐食による容量損失

集電体はリチウムイオン電池の重要なコンポーネントであり、活物質を運び、収集して出力する役割を果たします。現在広く使用されている集電体は銅とアルミニウムです。銅は高電位で酸化しやすいため、グラファイトやシリコンなどの負極材料の集電体として適しています。アルミニウムは、コスト、機械的強度、導電性、熱伝導性の点で優れているため、一般に電池の正極集電体に最も適した材料の 1 つと考えられています。

集電体の腐食はバッテリーの寿命を縮め、その安定性と安全性に影響を与えます。過放電などの極端な動作条件下では、電圧が 1.5 V に低下する場合など、電解液中で銅が酸化されて銅イオンとなり、銅集電体の溶解が発生します。過放電によって酸化された銅イオンは、その後の充電中に金属銅の形で負極材料の表面に析出して堆積します。負極表面に析出した銅はリチウムの挿入・脱離を阻害し、SEI皮膜の肥厚を引き起こし、リチウムイオン電池の容量低下を引き起こします。

集電体の腐食によって引き起こされるバッテリーの劣化は、主に内部抵抗の増加によって現れます。 Xu Zhiyouらの研究結果。集電体としてアルミニウム箔を使用した電池はACインピーダンスが高く、10℃で350サイクル後に容量が初期値の10%に低下することを示しています。腐食したアルミ箔はアルミ箔に比べて大幅な改善が見られますが、安定性はまだ劣っています。 10℃で 350 サイクル後、容量は初期値の 22% に低下します。 Song Wenjiらの研究では、電解質として六フッ化リン酸リチウムを使用した電解質では、少量の水が電解質の分解を促進し、安定した無機塩を生成し、それによってアルミニウム集電体の腐食を抑制できることが示されている。しかし、水分が発生すると、電解液の酸化分解生成物がアルミニウム箔の表面で電気化学反応を起こし、アルミニウム箔の腐食を引き起こし、腐食を促進します。劉暁ら。は、走査型電子顕微鏡を使用して、サイクリングプロセス中の銅集電体の厚さの変化を分析しました。結果は、多孔質層の厚さが徐々に増加し、集電体の厚さが減少することを示した。電気化学サイクルプロセス中に、銅集電体の腐食によって引き起こされる多孔質層の溶解と形成により、銅集電体の厚さが継続的に減少し、内部抵抗の増加につながりました。

電極活物質の損失による容量低下

充電および放電プロセス中に、リチウムイオンが正極と負極に埋め込まれたり脱離したりすることで、電極材料の体積が変化し、機械的応力が形成されます。放電プロセス中、負極材料はリチウムの除去により体積が収縮し、正極材料はリチウムの挿入により体積が膨張します。負極の体積収縮が正極の体積膨張よりも大きい場合、電池の外部性能は全体の体積収縮となり、そうでない場合、電池は体積膨張を示します。高レート充電中、バッテリーは膨張し続けますが、低レート充電中、バッテリーは充電の初期段階で体積が膨張し、充電中期で収縮し、充電の後期段階で再び膨張します。黒鉛負極の充放電時の体積変化は10％を超えることはありませんが、その際の体積変化により発生する応力により負極材料が損傷する可能性があります。

正極材料はまた、充電および放電中に変形を受けます。たとえば、リン酸鉄リチウム材料に LiFePO4 および FePO4 相が存在し、充電および放電プロセス中に約 6.81% の体積変化が生じます。充電および放電中の LiMn2O4 および Mn2O4 の変形は約 6.5% です。負極材料と比較して、正極材料は応力の影響をより受けます。研究の結果、拡散プロセスにより電極材料内のリチウムイオンの濃度勾配が増大し、局所的な体積膨張が生じることが判明しました。この不均一な膨張により、拡散誘起応力 (DIS) が発生します。拡散誘起応力が特定のしきい値を超えると、粒子の破損が発生する可能性があります。正極材料の損失の模式図を図 5 に示します。この現象は、急速な充放電プロセス中により顕著になります。

バッテリーの熱ストレスは主に内部の温度差と温度変化によって引き起こされます。 Shi Qitong は、電池の厚さ方向の変化によって内部応力に対する温度変化の影響を間接的に特徴付けましたが、熱応力によって引き起こされる電池の損傷は分析していません。ルー・シガンら。角形電池の内部温度場と熱応力場の分布情報に基づいて、シミュレーションモデリング手法を用いて熱応力に影響を与える要因を定量的に解析しました。彼らは、幾何学的中心で温度が最も高く、電池の中央領域は高温膨張による応力圧縮を受ける一方、側面領域は引張応力を受けることを発見しました。同時に側面中央部に熱応力が集中する現象が発生します。 Carlstedt と Asp は、電極材料中のリチウムイオン濃度の違いによって引き起こされる拡散誘起応力と電気化学サイクルによって生成される熱応力に基づいて、円筒形電池の充放電プロセス中の内部応力に対する体積と温度の変化の影響を分析しました。彼らは、応力は充放電速度や積層寸法などのパラメータに関係していると考えていました。ゲら。負の熱膨張係数を持つ材料で作られた電極は、リチウムイオンの挿入と放出によって引き起こされる激しい膨張と収縮を効果的に排除できると考えています。

3 電解液と隔膜の分解

電解液の分解が容量低下に及ぼす影響

電解質は、正極と負極の間でリチウムイオンを伝導できるイオン伝導体です。サイクル数が増加すると、電解質は時間の経過とともに特定の酸化または分解反応を起こし、その物質移動能力が弱まり、バッテリーの内部抵抗が増加します。

電池の正極および負極の表面と反応することに加えて、電解質はリチウムの析出および加熱下で一連の反応も起こします。加熱すると電解液が分解してCO2などのガスが発生し、さらに温度が上昇すると燃焼や爆発につながる可能性があります。

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研究によると、動作電圧が電解質の電気化学的安定性の範囲を超えると、電解質と正極材料の間で酸化分解反応が発生します。電解液と負極の間の SEI 膜の形成や、リチウム発生時の電解液の反応プロセスは、他の形式のエージングと組み合わせて研究されることがよくあります。電解液中の有機溶媒は電池の動作中にエステル交換および重合反応を起こし、LiPF6 などの導電性塩は反応中に分解して有機リン酸塩や蛍石を形成します。ヘンシェルら。自動車メーカー 5 社のリチウムイオン電池電解液の経年劣化を分析したところ、リチウムイオン電池が経年劣化するにつれて、エネルギー電池とパワー電池の両方の電解液がさまざまな程度の損失を経験し、LiPF6 の濃度が大幅に減少することがわかりました。

ダイヤフラムの分解が容量低下に及ぼす影響

セパレーターは、電子を隔離することができるリチウムイオン電池の重要な材料です。充電および放電プロセス中に、リチウムイオンが拡散および伝播し、正極と負極が物理的に分離されます。したがって、セパレーターはバッテリーの安全な動作にとって非常に重要です。リチウムイオン電池の性能要件を満たすために、セパレータは高い化学的安定性、良好な濡れ性、良好な熱安定性、高い機械的強度、および高い気孔率を備えていなければなりません。膜の高い多孔性はイオン輸送の要件を満たすことができますが、膜の老化形態は主に膜細孔の閉塞によるもので、電極間のイオン輸送が妨げられ、電力の減衰とインピーダンスの増加が生じます。

膜の劣化の原因は、電解質の分解生成物と活物質による膜の細孔の閉塞にあり、インピーダンスの増加や電力容量の低下につながる可能性があります。膜の老化の主な理由は、電解質の浸食、膜の細孔を通過するリチウム樹枝状結晶、高温やサイクルによる構造劣化だけでなく、膜表面への電解質分解生成物の不均一な堆積もあり、これが膜の劣化につながる可能性があります。イオン伝導性。ウーら。膜損傷と老化のメカニズムを分析し、膜損傷の主な原因は、リチウムの発生中に生成される樹枝状結晶が薄膜を突き破り、電池容量の低下や内部短絡につながる可能性があることであると考えました。膜表面の非対称修飾は、リチウム樹枝状結晶の成長を効果的に抑制し、膜の寿命を向上させることができます。

4 温度+充放電率+過充電

温度環境は、リチウムイオン電池の性能、安全性、寿命に大きな影響を与えます。いくつかの研究では、リチウムイオン電池は 15-35 度の温度範囲での動作に適していることが示唆されています。実際の応用では、リチウムイオン電池の動作温度を調整するためにさまざまな熱管理技術が一般的に使用され、それによってサイクル寿命が延長され、電池ライフサイクル全体の安全性が向上します。低温では、充電および放電条件下で電気化学反応速度が遅くなり、電解質の導電率が低下し、SEI フィルムのインピーダンスが増加し、リチウムイオン移動インピーダンスが増加し、分極電圧が増加します。そのため、充電中にリチウムの析出が起こりやすく、その結果、バッテリー容量が不可逆的に減少し、さらには安全上のリスクを引き起こす可能性があります。

高温で動作すると、反応速度論 (アレニウス効果) により、リチウムイオン電池の電気化学反応速度が増加し、内部抵抗が減少し、容量が増加します。高温が続くと、バッテリー内部の副反応が促進され、電解液の酸化と分解が起こり、SEI 皮膜の形成が促進され、不可逆的な容量損失とインピーダンスの増加が発生します。リチウムイオン電池の動作中、電極やセパレータなどの内部部品の熱伝導率が低いため、電池セル内に温度勾配が発生します。温度勾配現象は、高レートおよび低温環境でより顕著になり、この空間的な温度分布の違いにより電流密度の不均一分布が悪化して、バッテリーの劣化が促進される可能性があります。

充放電速度

電流速度によっても、リチウムイオン電池の容量が低下する可能性があります。充放電速度の増加により、高エネルギーリチウムイオン電池の容量減衰速度とオーム抵抗および分極抵抗の増加速度が加速され、分極抵抗の増加速度はオーム抵抗の増加速度よりも高くなります。バッテリーパックの老化と一貫性に対する充電放電速度の影響は、主に容量の小さい単セルの老化の加速に現れます。小容量バッテリーの場合、高い充電率と放電率では過充電と過放電現象がより頻繁に発生し、小容量バッテリーの容量低下が加速され、正のフィードバックが形成されます。これにより、バッテリーパックの利用可能な容量が減少する可能性があり、さらには過充電や放電などの現象により熱的安全性の問題が発生する可能性があります。高率の充放電サイクルによって引き起こされる電池の劣化のメカニズムは、主に、高率の充放電中に発生する拡散誘起応力によって引き起こされる正極活物質の損失によるものです。電池の経年劣化による正極活物質の体積分率の減少を考慮すると、電極材料の単位面積当たりの電流密度は増加傾向にあると考えられます。したがって、高レートの充放電サイクル条件下では、バッテリの劣化が加速する傾向が見られます。

デュバリーら。複合正極リチウムイオン電池について、複数の充電速度と放電速度を使用して老化実験を実施しました。その結果、高速度の充電と放電は電池の性能劣化を促進することが示されました。劣化結果を分析した結果、老化プロセスは 2 つの段階に分けられると考えられます。第 1 段階の容量損失は負極表面の SEI 皮膜の形成による活性リチウムイオンの損失に起因し、第 2 段階の劣化は電極活物質の損失に起因します。チェンら。らは、NCM リチウムイオン電池の経年劣化特性を研究し、劣化プロセス中の正極材料への構造的損傷と負極 SEI フィルムの形成を伴い、サイクル数とともに容量損失が増加することを発見しました。 Barcellona と Piegari は、充放電プロセス中の温度変化をペルチェによって抑制することにより、特定の電流率および特定の SOC 条件内では、バッテリーの経年劣化と電流率の間に有意な関係はないと考えています。ヤンら。副反応を含む電気化学的熱結合モデルを使用して、バッテリーの性能劣化とサイクル数の関係について議論しました。彼らは、サイクル数が増加すると、バッテリーの劣化に転換点があり、ほぼ線形から非線形への移行プロセスが示されると考えていました。その後の非線形加速劣化の主な原因は、負極表面でのリチウム析出の発生であった。

過充電が容量低下に及ぼす影響の分析

過充電による電池の容量劣化には、主に負極過充電によるリチウム析出、正極過充電によるガス発生、電解液過充電時の副反応の激化などが挙げられます。

負極が過充電されるとリチウム発生反応が起こり、金属リチウムが析出します。これは、負極活物質に比べて正極活物質が過剰な場合に起こりやすくなります。ただし、高率充電の場合、正極活物質と負極活物質の比率が正常であっても、リチウムが発生する可能性があります。金属リチウムの析出は、次のような観点から電池の容量低下を引き起こす可能性があります。 ① 電池内のリサイクル可能なリチウム量の減少につながります。 ② 析出した金属リチウムは溶媒や電解質と副反応を起こし、他の副生成物を生成したり電解質を消費したりして、放電効率が低下する。 ③ リチウム金属は主に負極とセパレータの間に析出し、セパレータの細孔が閉塞し、電池の内部抵抗が増加する可能性があります。

正極活物質と負極活物質の比率が低すぎると、正極の過充電が起こりやすくなる。正極の過充電は、主に電気化学的不活性物質の生成や酸素欠損などを通じて電池の容量低下を引き起こします。電極間の容量バランスの崩れにより、バッテリー容量の不可逆的な損失が発生する可能性があります。同時に、正極反応によって放出される酸素も、リチウムイオン電池の使用に安全上の危険をもたらす可能性があります。

リチウムイオン電池の充電電圧が高すぎると、電解液で酸化反応が起こり、不溶物（Li2CO3など）やガスが発生します。これらの副生成物は電極の微細孔を閉塞し、リチウムイオンの移動を妨げ、サイクル容量の低下を引き起こします。さらに、電解質が消費されると物質移動能力が弱まり、バッテリーの内部抵抗が増加します。また、固形物が生成すると電極表面に不動態皮膜が形成され、電池の分極が進み、電池の出力電圧が低下することがあります。

5 バッテリーのばらつき+充電方法+充放電深度

バッテリーの内部異常

車両全体のエネルギーと電力の要件を満たすには、通常、リチウムイオン電池セルを電気自動車に適用する前に、直列または並列に接続する必要があります。製造プロセスや作業環境などの条件の違いにより、セルの容量、インピーダンス、カットオフ電圧などの特性が異なる場合があります。この不一致は、複雑な車両動作条件下でバッテリーパックの劣化を加速させる可能性があり、その結果、電気自動車の耐久性、信頼性、安全性に影響を与える可能性があります。

バッテリーのばらつきは、工場での製造工程や材料の微妙な違いや、その後のバッテリー使用時の使用環境の違いなどが主な原因となります。不一致は主に、バッテリ電圧、内部抵抗、容量などのパラメータに反映されます。電圧の不一致が寿命に及ぼす影響は、主に放電の終了時に反映されます。電圧が低いセルはより早くカットオフ電圧に達し、完全に空の状態になりますが、他のバッテリーはカットオフ電圧よりも高い電圧を持ち、内部にまだある程度の容量があります。低い SOC でのバッテリーの放電は寿命に大きな影響を与えるため、完全に空になったセルの劣化速度は他のバッテリーよりも早くなります。

研究によると、リチウムイオン電池モジュール/システムの不一致とリチウムイオン電池セルの不一致の間には強い相関関係があることがわかっています。一般に、バッテリパックの耐用年数は、バッテリパック内の最も低い単一バッテリの耐用年数よりも短くなります。リチウムイオン電池パックの使用にはばらつきがあるため、個々のセルの実際の容量は異なります。したがって、同じ負荷電流条件下では、各セルの実際の充電深度と放電深度も異なります。深い放電状態で長期間使用されたバッテリーパックは、浅い放電状態で使用されたバッテリーパックよりも寿命が短くなります。最適な充放電電流を超える充放電電力も、バッテリーパックの寿命に影響を与える可能性があります。ジバーマンら。走査型電子顕微鏡と差動電圧法を組み合わせて、直列構造のリチウムイオン電池パックの経年劣化特性を研究しました。その結果、温度勾配が 5 度あると電池の劣化速度に差が生じ、電池パックの容量低下や性能低下が生じることがわかりました。

課金フォームと戦略

リチウムイオン電池の充電プロセスは、リチウムイオン電池の容量劣化に大きな影響を与えます。研究結果は、リチウムイオン電池の充電終止電圧が劣化プロセスに大きな影響を与えることを示しています。リチウムマンガン酸化物系リチウムイオン電池を例にとると、その充電終止電圧を4Vとすると、終止電圧をわずかに下げることでサイクル寿命を効果的に改善できます。ただし、利用可能な容量もそれに応じて減少します。この特性は、リチウムイオン電池の急速充電戦略の設計に指針を提供できます。一方で、リチウムイオン電池の急速充電も経年劣化に大きな影響を与えます。研究結果によると、100% までの急速充電での経年劣化は、80% までの急速充電での経年劣化に比べて顕著であり、さらに 100% までの普通充電での経年劣化は、80% までの急速充電での経年劣化よりも深刻であることが示されています。

パルス放電は、従来の定電流 (CC) 充電または定電流定電圧 (CC-CV) 充電方法と比較して、充電効率を効果的に向上させ、充電時間を短縮できます。研究結果は、パルス充電により充電時間を大幅に短縮できるが、同じパルス充電方法を使用した場合、パルス周波数を増やしても充電効率が大幅に改善されないことを示しています。ただし、パルス充電はバッテリーの劣化に大きな影響を与えます。 Li らの実験結果。は、リチウムイオン電池の内部抵抗がパルス充電条件下で大幅に増加することを示し、走査型電子顕微鏡に基づく分析により、負極活物質のより深刻な損失が明らかになりました。

充電と放電の深度

研究結果によると、リチウムイオン電池の充放電過程において、深い充放電はリチウムイオン電池の容量劣化を促進し、このとき、リチウムイオン電池のオーム抵抗と分極抵抗は両方とも低下します。増加;一方、同じ充放電深度の下では、高SOC範囲でサイクルしたリチウムイオン電池は、低SOC範囲でサイクルしたものに比べて劣化しやすい。これは、電池内でのリチウムの析出の問題が原因である可能性がある。高いSOC範囲。さらに、リチウムイオン電池の加速サイクル劣化プロセス中、定電流充電条件での劣化速度は、定電流および定電圧充電条件での劣化速度よりも高くなります。したがって、充放電中のアイドル時間を延長したり、充電終了時に極低電流充電を使用したりすることは、バッテリーの寿命を延ばすのに有益です。