リチウム電池の不動態化

リチウム電池の不動態化とは何ですか？

不動態化は、リチウム電池に影響を与える現象です。一般に、パッシベーションは、リチウムアノードの表面に形成される塩化リチウム（LiCl）の薄層膜です。塩化リチウムは、電極間の高抵抗膜層です。このフィルムは、負荷がセルの外側で除去されたときに、リチウムアノードがそれ自体で放電するのを防ぐ役割を果たします。塩化リチウムのこのフィルムは、リチウム電池が10年以上に及ぶ可能性がある長い貯蔵寿命を持っている理由です。

セルに負荷がかかると、パッシベーションによって電圧が遅延する場合があります。

リチウム電池の不動態化の特徴は何ですか？

パッシベーションはリチウム電池に特有の特徴があります。科学者たちはこれらの特徴を研究し、4つの側面に分けました。

・パッシベーション層によって引き起こされる分極。

・長期的で低い排出率。

・リチウムパッシベーション層の化学。

・パッシベーション層の成長の速度論。

分極を研究するとき、最初の分極（電圧の遅延）の後に別の「二次」分極が続く場合があることが示されました。

リチウム電池に対する長期の低放電率の影響を研究したところ、法定放電率がリチウムパッシベーション層を変化させることが発見されました。この変化により、リチウムの腐食速度が増加し、セル容量が減少しました。

また、温度が高くなるほど劣化がはるかに大きくなることも指摘されました。

リチウムパッシベーション層の化学的性質と反応速度を研究すると、いくつかの特徴的な結果が示されました。不動態化の原因となる最初の「一次層」に薄層が形成されていることが注目された。別のより厚い多孔質層が、後で最初の層に形成された。この二次層は部分放電により形成された。これは、リチウム腐食生成物の沈殿に起因していました。 Li2S2O4、Li2S2O5、Li2SnO6などの化合物が含まれていることがわかりました。nは常に2より大きくなります。

最初の「一次」層は、負荷がかかった状態でのセルの初期電圧遅延（極性化）に関与します。一方、第2の多孔質層は、高速放電を抑制する第2の分極を誘発する役割を果たします。

セルに負荷がかかると、抵抗の高いパッシベーション層によりセルの電圧が低下します。放電反応は、このパッシベーション層の除去にゆっくりと作用し、それによってセルの内部抵抗が低下します。このプロセスにより、セルの電圧は、他の変化が発生しなければ一定のままである新しい望ましいピーク値に到達します。

負荷が取り除かれると、パッシベーション層が再び形成されます。

リチウム電池に高い負荷がかかると、電圧遅延が増加し、パッシベーションが増加する可能性があることに注意してください。

一般的に言って、不動態化はリチウム電池のほとんどのユーザーに影響を与えません。ただし、パッシベーションが問題を引き起こしたり、致命的となる可能性がある特定の側面があります。そのため、バッテリーの製造元に相談することが常に最善の方法です。

リチウム電池の不動態化の影響は何ですか？

リチウム電池では不動態化が重要です。それがないと、リチウム電池は保管できません。これは、表面に生成される塩化リチウムが非常にコンパクトであり、リチウムと塩化チオニルのさらなる反応を防ぐためです。この行為により、バッテリー内部の自己放電が最小限に抑えられます。このように、リチウム電池の貯蔵寿命は10年以上に及ぶ可能性があります。前の要約を要約すると、パッシベーションは、バッテリーを容量損失から保護しながら、バッテリー容量を保護することができます。

次のようなパッシベーションには、望ましくない影響もあります。

・長期間保管されているリチウム電池を使おうとすると、電池の初期使用電圧が低くなります。また、その電圧が必要な値に達するまでには時間がかかります。この現象は「電圧パッシベーション」と呼ばれます。

・パッシベーションは、電流の大きな変更が必要ないアプリケーションには影響しません。ただし、電流に大きな変更や偶発的な変更が必要なアプリケーションの場合、パッシベーションはそのシステムの致命的な欠陥です。

・パッシベーションにより、6か月以上使用しないと、容量が大幅に失われ、バッテリーの使用率が低下する可能性があります。そのため、3〜6か月ごとにバッテリーを使用すると、バッテリーが使用可能になり、使用率が最大90％に達します。

リチウム電池に形成されたパッシベーション層は、電池の保管中に連続的な低電流または定期的な高電流放電を適用することにより、最小限に抑えることができます。ただし、このプロセスにより、バッテリーの予想される保管寿命が短くなります。

兵器システムや通信システムなど、バッテリーを長期間保管する必要があるアプリケーション向け。このような場合、バッテリーは6か月ごとにアクティブ化できます。電圧パッシベーションを解決できます。

塩化チオニルリチウム電池の場合、保管時に不動態化が発生します。これらの種類のバッテリーの場合、「不動態化プロセス」を使用する前にアクティブ化する必要があります。

不動態化プロセスは、次の手順に従う必要があります。

不動態化のための負荷は、動作電流の2倍でなければなりません。

不動態化の時間は、バッテリーが保管されている時間によって異なります。

・3か月間保管されるバッテリーの場合は15秒。

・6か月間保管されるバッテリーの場合は30秒。

12ヶ月間保管されているバッテリーの場合は60秒。