充電式リチウム電池が直面する問題と課題

充電式リチウム電池の一般的な問題は何ですか？

リチウムイオン電池が放電されると、取り出されたエネルギーによって電池が放電される深さが決まります。 100 Ahのバッテリーを使用しているとしましょう。そのバッテリーを50Ah使用すると、放電深度が50％になります。使用しているバッテリーの種類に応じて、充電の深さによって、そのバッテリーのサイクル数が決まります。

リチウムイオン二次電池は、取り扱いや使用時に定期的なメンテナンスと手入れが必要です。リチウムイオン電池の通常の寿命は約2〜3年です。または、300〜500回の充電サイクル、つまり最初に到達した方。 1回の充電サイクルは、完全に充電されてから完全に放電され、再び完全に再充電されるまでの使用期間として計算されます。

リチウムイオン電池は寿命が限られており、最終的には充電を保持する能力を失います。残念ながら、この経年劣化プロセス（容量の損失）は元に戻せません。リチウムイオン電池は経年劣化するため、デバイスに電力を供給できなくなるまで、製品に電力を供給する時間が短くなります。

バッテリーの充電には、指定されたアダプターのみを使用する必要があることに注意してください。指定されていない充電器を使用すると、バッテリーに害を及ぼすだけでなく、火災の危険性があるため、非常に危険な場合があります。

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パッシベーションと呼ばれる現象があります。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。

充電式リチウム電池の最大の課題は何ですか？

リチウムイオン電池は時間の経過とともに容量が失われる傾向があり、この問題は「電池の経年劣化」と呼ばれます。残念ながら、それは不可逆的で避けられません。

ハイエンドのリチウムイオン電池の場合、1000回の充電サイクルに達すると、容量は元の容量のわずか20％に減少します。このプロセスを完全に想像するには、電子機器を再充電するたびに、最大バッテリー寿命が数秒短縮されることを想像してください。不規則な気象条件でバッテリーを放電および充電すると、バッテリーの寿命が劇的に短くなることを考慮してください。

要約すると、リチウムイオン電池の寿命は通常約2〜3年です。または、300〜500回の充電サイクル、つまり最初に到達した方。 1回の充電サイクルは、完全に充電されてから完全に放電され、再び完全に再充電されるまでの使用期間として計算されます。

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。

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長期の低放電率がリチウム電池に与える影響を調べたところ、法定放電率によってリチウムパッシベーション層が変化することがわかりました。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。