リチウムイオン電池はどのように機能しますか？

リチウムイオン電池のカソード材料は通常、リチウムの活性化合物で構成され、アノードは特殊な分子構造の炭素です。一般的な正極材料の主成分はLiCoO2です。充電中、バッテリーの2つの極に印加された電位により、正極の化合物がリチウムイオンを放出し、負極分子がシート構造に配置された炭素に埋め込まれます。放電中、リチウムイオンはシート構造の炭素から沈殿し、正極の化合物と再結合します。リチウムイオンの動きは電流を生成します。

化学反応の原理は非常に単純ですが、実際の工業生産では、考慮すべき多くの実際的な問題があります。正極の材料は、複数の充放電の活性を維持するために添加剤を必要とし、負極の材料は分子構造レベルで設計する必要があります。より多くのリチウムイオンが含まれています。正極と負極の間に充填された電解液は、安定性を維持することに加えて、良好な導電性を持ち、バッテリーの内部抵抗を低減する必要もあります。

リチウムイオン電池がニッケルカドミウム電池のメモリー効果を持つことはめったにありませんが、メモリー効果は結晶化しており、リチウムイオン電池では反応がほとんどありません。ただし、リチウムイオン電池の容量は、充電と放電を繰り返しても低下するため、理由は複雑でさまざまです。分子レベルの観点から、アノードとカソードにリチウムイオンを含む構造は徐々に崩壊し、ブロックされます。化学的観点から、正および負の材料はアクティブな不動態化であり、副反応が発生して安定した他の化合物を生成します。アノード材料が徐々に剥がれるなどの物理的条件により、最終的には、充電および放電中に自由に移動できるバッテリー内のリチウムイオンの数が減少します。

過充電および過放電は、リチウムイオン電池の正極および負極に恒久的な損傷を引き起こします。分子の観点からは、過度の放電によりアノード炭素がリチウムイオンを過剰に放出し、シート構造が崩壊することが直感的に理解できます。過充電は、負の炭素構造にリチウムを過剰に差し込むことはほとんどなく、リチウムイオンの一部は放出されなくなります。そのため、リチウムイオン電池には通常、充放電制御回路が搭載されています。

不適切な温度は、リチウムイオン電池内の他の化学反応を引き起こし、私たちが見たくない化合物を形成するため、多くのリチウムイオン電池の正極と負極の間に温度制御された保護セパレーターまたは電解質添加剤があります。電池の温度がある程度上昇すると、複合膜が閉じるか電解質が変性し、回路が壊れるまで電池の内部抵抗が増加し、電池が加熱されなくなり、バッテリーの充電温度は正常です。

深い充電と放電により、リチウムイオン電池の実際の容量を増やすことができますか？専門家は、これは無意味だとはっきりと私に言いました。彼らは、最初の3つの完全な充電と放電のいわゆる「アクティブ化」も不要であるとさえ言った。しかし、なぜそんなに多くの人が充電後にバッテリー情報に示されている容量を変更するのですか？後述します。

リチウムイオン電池は、一般的に管理チップと充電制御チップを備えています。管理チップには一連のレジスタがあり、容量、温度、ID、充電状態、放電回数などの値が含まれています。これらの値は、使用中に徐々に変化します。個人的には、使用説明書の「月1回の完全充電・放電」の主な機能は、これらのレジスタの不正な値を修正し、バッテリーの充電制御と公称容量が実際の状況と一致するようにすることだと思います。バッテリーの。

充電制御チップは、主にバッテリーの充電プロセスを制御します。リチウムイオン電池の充電プロセスは、定電流急速充電フェーズ（バッテリーインジケーターが黄色の場合）と定電圧電流減少フェーズ（バッテリーインジケーターライトが緑色に点滅します。定電流急速充電フェーズ中）の2つの段階に分けられます。 、バッテリー電圧は徐々に増加します。その後、バッテリーへの標準電圧は制御チップの下の定電圧ステージに転送され、過充電しないように電圧は上昇しなくなり、電流は徐々にゼロに減少します。バッテリーの電力が上がり、ついに充電が完了します。

電気統計チップは、whである放電曲線（電圧、電流、時間）を記録することにより、バッテリーの電力を計算できます。バッテリー情報で読み取った値。リチウムイオン電池は、繰り返し使用すると放電曲線が変化します。チップが完全な放電曲線を再度読み取る機会がない場合、計算された電力は正確ではありません。したがって、バッテリーを校正するためにチップを深く充電する必要があります。

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