リチウムイオン電池の充放電比

リチウムイオン電池の充放電比は、電池に一定量のエネルギーを蓄える速度、または電池にエネルギーを放出する速度を決定します。もちろん、この保管と解放のプロセスは制御可能で安全であり、バッテリーの寿命やその他のパフォーマンス指標に大きな影響を与えることはありません。

バッテリーを電動工具、特に電気自動車のエネルギー担体として使用する場合、比率指数は特に重要です。電気自動車を運転してビジネスを行う場合、途中で電気がほとんどないことに気づき、充電する充電ステーションを見つけて、1時間充電するとします。やらなければならないことはすべて遅れていると推定されています。あるいは、スロットル（電気ドア）をいくら押しても電気自動車が急な坂を登っているのに、亀のように遅いので行けないので、降りて押したいと思います。

もちろん、これらのシーンは私たちが見たいものではありませんが、リチウムイオン電池の現状です。充電には時間がかかり、放電が激しくなりすぎることはありません。そうしないと、バッテリーがすぐに劣化し、安全上の問題が発生する可能性があります。しかし、多くのアプリケーションでは、バッテリーの充電と放電のパフォーマンスが高い必要があるため、ここで再び立ち往生しています。リチウムイオン電池の開発をより良くするためには、電池の倍増性能を制限している要因を理解する必要があります。

リチウムイオン電池の再充電および放電比の性能は、リチウムイオンが正極と負極、電解質、およびそれらの間の界面で移動する能力に直接関係しています。リチウムイオンの移動速度に影響を与えるすべての要因（これらの影響要因はバッテリーと同等の場合もあります。内部抵抗）は、リチウムイオンバッテリーの充放電比に影響を与えます。さらに、バッテリー内部の熱放散率も、比率のパフォーマンスに影響を与える重要な要素です。熱放散速度が遅く、質量の充放電時に蓄積された熱が伝わらない場合、リチウムイオン電池の安全性や寿命に深刻な影響を及ぼします。したがって、主にリチウムイオンの輸送速度と電池内部の熱放散を改善するという2つの側面から、リチウムイオン電池の再充電および放電性能を研究および改善すること。

1.正極と負極のリチウムイオン拡散能力を向上させる

正/負の活性物質内のリチウムイオンの脱埋め込みおよび埋め込みの速度、すなわち、リチウムイオンが正/負の活性物質を使い果たす速度、または正から活物質内の位置を見つけるのにどれくらいの速さ-充電および放電率に影響を与える重要な要因である負の表面。

たとえば、世界には毎年たくさんのマラソンがあります。全員がほぼ同時にスタートしますが、道路の幅が限られており、関係者が多く（場合によっては数万人）、相互に混雑しています。参加者の体格は不均一です。ゲーム内のチームは、最終的には非常に長い前線になります。誰かがすぐにフィニッシュラインに到着しました。誰かが数時間遅れて到着しました。誰かが気を失い、食べるのをやめました。

正極/負極でのリチウムイオンの拡散と移動は、基本的にマラソンと同じです。スローランニングとファストランニングは、それぞれの選択肢の長さが異なるため、ゲーム終了までの時間が大幅に制限されます（すべての人が終了します）。ですから、マラソンはしたくありません。全員が100メートル走るのが最善です。距離は、誰もがすぐにフィニッシュラインに到達できるように短く、滑走路は互いに混雑しないように十分に広くする必要があります。曲がりくねってはいけません、直線が最適です。ゲームの難易度を下げるため。その結果、審判は鳴り響き、ゲームの終わりに急いだ。ゲームはすぐに終了し、パフォーマンスは素晴らしかった。

正極材料では、電極が十分に薄い、つまり活物質の厚さが薄く、レースの距離が短くなることを望んでいるので、正極材料の圧縮密度を次のように増やしたいと考えています。可能な限り。活物質の内部には、リチウムイオンを再生するのに十分な穴が必要であると同時に、これらの「滑走路」は、構造の最適化を必要とする場所や場所ではなく、均等に分散されている必要があります。カソード材料の。粒子間の距離と構造を変更して、均一な分布を実現します。上記の2つの点は実際には矛盾しており、圧縮密度が高くなります。厚みは薄くなりますが、パーティクルギャップが小さくなり、滑走路が混雑しているように見えます。逆に、一定量の粒子ギャップを維持することは、材料を薄くするのに役立ちません。したがって、最高のリチウムイオン移動速度を達成するためのバランスポイントを見つける必要があります。

さらに、さまざまな材料の正極材料は、リチウムイオンの拡散係数に大きな影響を与えます。したがって、リチウムイオンの拡散係数が高い正極材料を選択することも、比率の性能を向上させるための重要な方向です。

ネガティブマテリアルの処理は、ポジティブマテリアルの処理と同様です。また、材料の構造、サイズ、厚さにも焦点を当て、負の材料でのリチウムイオンの濃度差を減らし、負の材料でのリチウムイオンの拡散を改善します。能力。炭素ベースの負極性材料を例にとると、近年、ナノカーボン材料（ナノチューブ、ナノワイヤー、ナノワイヤーなど）の研究が従来の負極性層構造に取って代わり、負極性材料の比表面積を大幅に改善することができます。内部構造と拡散チャネルにより、負極材料の倍増性能が大幅に向上します。

2.電解質のイオン伝導性を改善します

正負の材料で遊ぶリチウムイオンは競争であり、競争の電解質では泳いでいます。

水（電解質）の抵抗を減らす方法である水泳競技は、スピードアップの鍵となっています。近年、スイマーは一般的にサメのスーツを着ています。この種の水着は、人体の表面の水によって形成される抵抗を大幅に減らすことができ、それによってアスリートのパフォーマンスを向上させ、非常に物議を醸すトピックになります。

リチウムイオンは、電解質とバッテリーケースで構成される「プール」で泳ぐのと同じように、正極と負極の間を行き来します。電解質のイオン伝導度は水の抵抗と同じで、リチウムイオンの遊泳速度に非常に大きな影響を与えます。現在、リチウムイオン電池に使用されている有機電解質は、液体電解質であろうと固体電解質であろうと。 、高いイオン伝導性を持っていませんでした。電解質の抵抗は電池の抵抗の重要な部分になり、リチウムイオン電池の高倍率性能への影響は無視できません。

電解質のイオン伝導性を改善することに加えて、電解質の化学的安定性と熱安定性にも注意を払う必要があります。高倍率が充電および放電されると、バッテリーの電位窓は非常に広い範囲で変化します。電解質の化学的安定性が良くない場合、カソード材料の表面で酸化および分解しやすく、電解質のイオン伝導性に影響を及ぼします。電解質は熱分解されると大量のガスを発生するため、電解質の熱安定性はリチウムイオン電池の安全性とリサイクル寿命に大きな影響を与えます。一方で、それはバッテリーの安全性に隠れた危険をもたらし、他方で、いくつかのガスは負の表面にあります。 SEI膜には破壊的な効果があります。サイクリングパフォーマンスに影響します。

したがって、リチウムイオン電池の性能を向上させるためには、導電性が高く、化学的安定性と熱安定性に優れた電解質を選択し、電極材料と整合させることが重要です。

3.バッテリーの内部抵抗を減らします

これには、抵抗値を形成するいくつかの異なる物質と物質の間のインターフェースが含まれますが、すべてがイオン/電子伝導に影響を与えます。

一般に、導電剤は正極性活性物質の内部に添加されるため、活性物質、活性物質、および正極性の塩基性/コレクター流体間の接触抵抗が減少し、正極性物質の導電率（イオンおよび電子伝導率）が向上し、レート性能が向上します。導電剤の形状が異なるさまざまな材料は、バッテリーの内部抵抗に影響を与え、倍数性のパフォーマンスに影響を与えます。

正および負のコレクター流体（極耳）は、リチウムイオン電池と外界との間の電気エネルギー伝達のキャリアです。コレクター液の抵抗値も、バッテリーの乗数性能に大きな影響を与えます。したがって、硬化流体の材料、サイズ、抽出方法、および接続プロセスを変更することにより、リチウムイオン電池の倍増性能およびサイクル寿命を改善することができる。

電解質と負極材料の浸透の程度は、電解質と電極の間の界面での接触抵抗に影響を及ぼし、したがって電池の性能に影響を及ぼします。電解質の総量、粘度、不純物含有量、正極材料と負極材料の多孔性などにより、電解質と電極の接触インピーダンスが変化します。これは、拡大性能を向上させるための重要な研究の方向性です。

リチウムイオン電池の最初のサイクルでは、リチウムイオンが負極に埋め込まれるため、負極に固体電解質（SEI）膜の層が形成されます。 SEI膜は優れたイオン伝導性を持っていますが、それでもリチウムイオンの拡散に一定の影響を及ぼします。特に高レートが充電および放電される場合の妨害効果。サイクル数の増加に伴い、SEI膜は脱落し、剥がれ、負極面に堆積し続け、負極の内部抵抗が徐々に増加し、これがサイクル倍加率のパフォーマンス。したがって、SEI膜の変化を制御することで、長期サイクル中のリチウムイオン電池の倍増性能も向上させることができます。

また、セパレータの吸液率や気孔率もリチウムイオンの通過に大きく影響し、リチウムイオン電池の速度性能（比較的小さい）にもある程度影響します。

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