リチウム電池のサイクル寿命をどのように改善しますか？

バッテリーはしばらく使用すると耐久性が低下し、容量も低下します。つまり、サイクル寿命は常に減衰します。

実際、サイクル寿命の減衰は、現在のバッテリーの実際の利用可能な容量であり、工場出荷時の定格容量と比較して、変化する傾向にあります。

理想的なリチウムイオン電池の場合、容量バランスはサイクルの過程で変化せず、各サイクルの初期容量は特定の値である必要があります。リチウムイオンを生成または消費する可能性のある副反応は、バッテリー容量のバランスの変化につながる可能性があります。バッテリ容量のバランス状態が変化すると、この変化は元に戻せず、複数のサイクルにわたって累積される可能性があり、バッテリサイクルのパフォーマンスに深刻な影響を及ぼします。

リチウムイオン電池のサイクル寿命に影響を与える要因はたくさんありますが、根本的な理由は、エネルギー伝達に関与するリチウムイオンの数が減少していることです。バッテリー内のリチウムの総量は減少しませんが、他の場所に閉じ込められたり、アクティブチャネルでブロックされたりして、充電と充電のサイクルに自由に参加できない「活性化」リチウムイオンが少なくなることに注意してください。放電します。

したがって、REDOX反応に関与する必要のあるすべてのリチウムイオンがどこに行くのかを理解する限り、容量低下のメカニズムを理解し、リチウム電池の容量低下傾向を遅らせ、サイクル寿命を改善するための的を絞った対策を講じることができますリチウム電池の。

1.リチウム金属の堆積

上記の分析に基づいて、リチウムイオン電池には金属形態のリチウムがあってはならないことがわかります。リチウム元素は、金属酸化物とリチウム炭素化合物の形、またはイオンの形のいずれかです。

リチウム金属の堆積は、一般的にカソードの表面で発生します。何らかの理由により、リチウムイオンが負極の表面に移動すると、一部のリチウムイオンは負極の活物質に侵入して安定した化合物を形成せず、電子を獲得してリチウムになると負極の表面に堆積します。金属であり、後続のサイクルプロセスに参加しなくなり、容量が減少します。

この場合、いくつかの理由があります。カットオフ電圧を超えて充電する。ハイパワー充電;アノード材料が不十分です。過充電やカソード材料が不十分な場合、負極は正極から移動したリチウムイオンを保持できず、リチウム金属が析出します。高速充電の場合、短時間で負極に到達するリチウムイオンの量が多すぎて、閉塞や堆積が発生します。

リチウム金属の堆積は、サイクル寿命の低下を引き起こすだけでなく、深刻な場合は正および負の短絡につながり、深刻な安全上の問題を引き起こします。

この問題を解決するには、アノードとカソードの材料の比率を適切に設定し、リチウム電池の使用条件を厳しく制限して、使用限界を超えないようにする必要があります。もちろん、乗算器の性能から始めて、サイクル寿命を局所的に改善することもできます。

2.アノード材料の分解

アノード材料としてのリチウム金属酸化物は、十分な安定性を持っています。しかし、それらは長期間の使用で分解し続け、いくつかの電気化学的不活性物質（Co3O4、Mn2O3など）といくつかの可燃性ガスを生成し、電極間の容量バランスを破壊し、容量の不可逆的な損失を引き起こします。

この状況は、過充電の場合に特に明白であり、時には激しい分解やガス放出でさえ、バッテリー容量に影響を与えるだけでなく、深刻な安全上のリスクを引き起こします。

バッテリ充電のカットオフ電圧を厳密に制限することに加えて、アノード材料の化学的および熱的安定性を改善することも、サイクル寿命の低下率を減らすための実行可能な方法です。

電極表面のSEIフィルム

前述のように、リチウムイオン電池のアノードとしての炭素材料の前で、一次ループの過程で、電解質は電極（SEI）フィルムの表面に固体電解質層を形成します。異なるアノード材料にはいくつかの違いがありますが、 SEIフィルムの組成は主に炭酸リチウム、アルキルリチウム、水酸化リチウムなどで構成されていますが、もちろん塩分解生成物やポリマーなどがあります。

EI膜は安定しておらず、サイクル中に絶えず破損して新しい炭素表面を露出させ、次に電解質と反応して新しいSEI膜を形成します。これにより、リチウムイオンと電解質が継続的に失われ、バッテリー容量が減少します。 SEIフィルムには一定の厚みがあります。リチウムイオンは浸透する可能性がありますが、SEI膜は負極の表面で部分的な拡散チャネルの閉塞を引き起こします。これは負極材料でのリチウムイオンの拡散を助長せず、電池容量の低下も引き起こします。

4.電解質効果

連続サイクルでは、化学的安定性と熱安定性の制限により、電解質が連続的に分解・揮発し、長期間蓄積し、電解質の総量が減少し、正極材と負極材の浸透が不十分になり、不完全になります。充放電反応、および実際の使用容量の減少。

活性水素材料と鉄、ナトリウム、アルミニウム、ニッケルおよびその他の金属イオン不純物を含む電解質。不純物の酸化電位は一般にリチウムイオン電池の正電位よりも低いため、正極、酸化、負極の還元、正極と負極の活性物質の絶え間ない消費により、自己を引き起こします。 -放電、つまり、バッテリーの放電を変更するために異常に使用された場合。バッテリーの寿命は充電と放電のサイクル数によって決まり、不純物を含む電解液はサイクル数に直接影響します。

電解質には一定量の水も含まれており、電解質中のLiFP6と反応してLiFとHFを生成します。これにより、SEI膜が破壊され、より多くのLiFが生成され、LiFが堆積し、常に活性リチウムイオンが消費されます。バッテリーサイクル寿命。

上記の分析から、電解質はリチウムイオン電池のサイクル寿命に非常に重要な影響を与えることがわかります。適切な電解液を選択すると、バッテリーのサイクル寿命を大幅に改善できます。

5.分離膜が詰まっているか損傷している

セパレーターの機能は、バッテリーの正極と負極を分離し、短絡を防ぐことです。リチウムイオン電池のサイクル中、バリアフィルムの消耗と故障は、電池の初期性能を低下させる重要な理由の1つです。これは主に、絶縁膜自体の電気化学的安定性と機械的特性の欠如、および繰り返し充電の過程での絶縁膜への電解質の浸透の劣化によるものです。絶縁膜の乾燥により、バッテリーのオーム抵抗が増加し、充電および放電チャネルの閉塞、不完全な充電および放電につながり、バッテリー容量を初期状態に戻すことができず、バッテリー容量およびサービスが大幅に低下します。生活。

6.正極と負極の材料が落ちる

カソード活物質は、接着剤を介して上記のベースに固定されており、長期使用の過程で、機械的振動による接着剤とバッテリーの故障により、電解質へのカソード活物質の損失です解決策、それは電池の減少するサイクル寿命を縮める活物質の電気化学反応に参加することにつながる可能性があります。

バインダーの長期安定性とバッテリーの優れた機械的特性により、バッテリーのサイクル寿命の低下が遅くなります。

7.外部使用要因

リチウムイオン電池は、充放電の遮断電圧、充放電比、使用温度範囲、保管温度範囲など、合理的な使用条件と範囲を持っています。ただし、実際の使用では、許容範囲を超える乱用が非常に一般的です。長期間の不合理な使用は、バッテリー内部の不可逆的な化学反応を引き起こし、バッテリーのメカニズムを損傷し、バッテリーの経年劣化を加速させ、サイクル寿命を急速に低下させます。重大な場合には、安全事故の原因にもなります。

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