リチウムイオン電池のサイクルエージング-はじめにと温度

現代では、リチウムイオン電池の使用がさまざまな分野で急速に増加しており、そのため、リチウムイオン電池の経年劣化の挙動を理解する必要があります。バッテリーの経年劣化は、カレンダーの経年劣化またはサイクルの経年劣化のいずれかに関連しています。カレンダーの経年劣化とは、バッテリーが棚に保管されていて使用されていないときの経年劣化を指します。一方、サイクルの経年劣化とは、バッテリーの充電/放電の過程での経年劣化、つまり使用法を指します。前者は特に温度と充電状態（SOC）に依存し、後者には電流レートと充電または放電のカットオフ電圧の追加要素があります。

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サイクルエージングは、カレンダーエージングと比較してそれほど消耗していませんが、融合のポイントは、より高い電流レートがバッテリーのエージングを加速することです。リチウムイオン電池の経年劣化の原因を化学的観点から考えると、負極の電極/電解質の界面の変化が主な原因です。固体電解質インターフェースは、容量の低下と抵抗の増加の両方に関与します。この論文では、電流と温度の要因に関連してリチウムイオン電池の経年劣化を確認し、必要な動作温度を与えることでそれを評価します。

リチウムイオン電池のサイクルエージングに及ぼす電流の影響

リチウムイオン電池への電流の影響に関して行われた研究はほとんどありません。実施されたテストの結果は、室温が制御されていても、高電流レートでは、バッテリーの温度が比例して上昇することを示しており、経年劣化が温度によるものか電流によるものかを判断するのが困難です。ただし、いくつかの研究では、バッテリーの経年劣化は充電と放電率の関数と見なされています。以下は、バッテリーのサイクルエージングに対する電流の影響です。

1.電流が少ないとセルの温度が低くなり、充電が遅いバッテリーは充電の終わり近くで良好な状態にあるため、適度な経年劣化が発生します。

2.大電流は経年変化に大きな影響を与えます。放電電流と比較して、高電流はより速い速度でバッテリーを劣化させます。バッテリーの温度は電流レートに依存するため、温度と電流レートはほとんど切り離せません。高電圧による経年劣化は、放電中は印加電圧よりも高く、充電中は低いバッテリーの内部電圧を考慮することにより、充電中および放電中の経年変化の変動を説明できます。

3.充電期間が長く続くと、電流レートが低くてもリチウムメッキが促進されます。リチウムめっきは、ネガに挿入するのではなく、ネガ上に金属リチウムを形成する反応です。この蓄積はデンドライトの成長につながる可能性があり、内部短絡を引き起こす可能性があります。

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温度はリチウムイオン電池にどのように影響しますか？

リチウムイオン電池の性能、安全性、経年劣化を考えると、温度と発熱が重要な側面です。リチウム電池の安全と健康は、火災などの壊滅的な状況が発生する可能性のある温度障害に依存することを認識して、リチウム電池が動作する温度を制御する必要があります。温度はまた、LiBが時間の経過とともにどのように機能するかに影響し、寿命を延ばしたり短くしたりします。いずれにせよ、高温または低温はバッテリーの健康に良くありません。これは次のように示されます。

1.温度の上昇はバッテリー内部の化学反応に影響を与えます。温度の上昇は、化学反応において対応する触媒作用を生み出します。リチウムイオン電池は、高性能であり、高温での貯蔵量が増加します。このパフォーマンスの向上の副作用は、時間の経過とともにバッテリーのライフサイクルが低下することです。高温に長時間さらされると、ライフサイクルが大幅に低下する可能性があります。高温は、追加の加速されたSEI形成につながり、したがって容量の損失につながります。

2.リチウム電池を低温にさらすことも、電池の性能と安全性に大きな影響を与えます。バッテリーの内部抵抗は温度の低下とともに増加し、バッテリーを充電するためにより多くの労力を必要とするため、容量が低下します。

したがって、動作中のバッテリの温度と経年劣化を理解して制御することは、単一の材料層内のマイクロ/ナノスケールから巨大な相互接続されたLIBパックに及ぶマルチスケールの問題です。要約すると、使用量に依存するバッテリーの経年劣化と使用量に依存しないバッテリーの経年劣化を比較すると、サイクルの経年劣化は温度とともに減少します。

LiBバッテリーの動作温度範囲

リチウムイオン電池を充電するときは、温度を約18〜21°Cに設定する必要があります。特に寒い冬の季節にはセルが損傷するため、冷たいバッテリーの充電は避けてください。室温で最適な条件下で充電するには、最初にバッテリーを室温まで温めます。 60°CではLiBの容量と能力が失われ、バッテリーが損傷するため、暑い晴れた日にバッテリーを露出させないでください。

一方、リチウム電池は10〜55°Cの範囲の温度で使用する必要があります。充電に役立つバッテリーの内部温度は、5〜45°Cの範囲です。充電が必要な範囲を超えないように、センサーがバッテリーに配置されます。

使用していないバッテリーは、低温ではなく低温で保管する必要があります。未使用の状態では、バッテリーもエネルギーを失います。リチウムイオン電池の損失は、毎月約3％から5％変動します。

結論

結論として、SoCレベル、充電/放電カットオフ電圧、温度、電流の流れなど、多くの要因がエージングプロセスに影響を与えます。バッテリー内部の損失により、電流レートはバッテリー温度に直接影響します。特に、高い充電/放電電流は、バッテリー温度の大幅な上昇をもたらします。

ただし、これらの市場セクターでLIBを効果的に使用するには、高エネルギー、高電力、および急速充電率が必要です。これは一般に、大量の熱が発生し、電流分布が不均一になることと結びついています。応答率と拡散係数は温度に敏感であるため、これは安全性の問題、パフォーマンスの低下、および長期的な耐久性の問題につながります。熱管理システムは、均一な温度分布を実現することを目的として、バッテリーの温度を理想的な範囲内に調整するために使用されます。可逆的な熱とは別に、発生した熱は、充電および放電プロセス中に失われた作業の指標です。