三元リチウムイオン電池のサイクル寿命と長所と短所

三元リチウムイオン電池とは？

自然界では、Liは最も軽い元素であり、最小の原子量の金属です。その原子量は6.94g / mol、ρ= 0.53g / cm3です。活性のある化学的性質により、e-を簡単に失い、Li +に酸化される可能性があります。したがって、その電極電位は最大の負の数（-3.045V）であり、電気化学当量も最小（0.26g / Ah）です。これらの特徴により、比エネルギーの高い材料であることがわかります。三元リチウムイオン電池は、アノード材料としてニッケル、コバルト、マンガン、3つの遷移金属酸化物を使用する二次リチウムイオン電池です。コバルト酸リチウムによる優れたサイクル性能、ニッケル酸リチウムによる高い比容量、マンガン酸リチウムによる優れた安全性能、低コストなどの組み合わせの特徴を持ち、分子の水平混合、ドーピング、コーティング、装飾の方法を利用して配合を構成しますニッケル、コバルト、マンガン元素を含む酸化リチウム。三元リチウムイオン電池は、現在広く研究・応用されている充電式リチウムイオン電池です。

三元リチウムイオン電池の寿命

リチウムイオン電池の寿命は、定格容量の70％を意味し、しばらく使用すると減衰します。この時点で、バッテリーは消耗しています。電池業界は、リチウムイオン電池の充電時間と放電時間によってサイクル寿命を説明する傾向があります。適用中、バッテリー内部の不可逆的な電気化学反応により容量が減少します。たとえば、電解質の分解、活物質の不活性化、アノードとカソードの構造の崩壊により、Liイオンの挿入とデインターカレーションが減少します。検査は、より高いレートの放電がより速い減衰につながることを示しています。放電電流が低い場合、電圧は平衡電圧に閉じられ、バッテリーはより多くのエネルギーを放電できます。

三元リチウムイオン電池の定格サイクル寿命は約800倍で、充電式リチウムイオン電池市場の中級レベルに属します。リン酸鉄リチウムは2000倍ですが、チタン酸リチウムは10,000倍に達する可能性があります。現在、主流の電池メーカーは、三元電池の仕様（標準的な状況での充電と放電）で500回以上を約束しています。ただし、セルをバッテリーパックにした後は、コンシステンシーの問題により電圧を内部抵抗と同じにすることができないため、サイクル寿命は約400倍になります。メーカー推奨のSOCは10％〜90％です。深く放電しない方がよいでしょう。そうしないと、アノードとカソードの構造が不可逆的に損傷する可能性があります。小電流の充電と放電で計算すると、サイクル寿命は少なくとも1000倍になります。また、高定格高温環境下で頻繁に放電した後、サイクル寿命は200倍以下まで急激に減少します。

三元リチウムイオン電池の長所と短所

三元リチウムイオン電池は、安定した容量と安全性能で高い特性を備えた電池です。 3種類の金属元素の長所と短所は次のとおりです。

Co3 +：陽イオンのサイト占有率を減らし、材料の層状構造を安定させ、抵抗値を減らし、導電率を上げ、サイクルとレートのパフォーマンスを向上させます。

Ni2 +：材料の容量を増やすことができます（材料の体積エネルギー密度を上げる）。過剰なNiは、半径が類似しているため、LiとNiの転位現象を引き起こす可能性があります。 Liイオンの濃度が高いほど、層状構造のLiが分解しにくくなり、電気化学的性能に影響します。

Mn4 +：材料費を削減できるだけでなく、材料の安全性と安定性を向上させることもできます。ただし、過剰なMn含有量は、スピネルを容易に生成して層状構造を損傷し、容量とサイクル時間を減少させます。

高エネルギー密度は、電圧プラットフォームが基本的な性能とコストを決定する重要な指標の1つである三元リチウムイオン電池の利点の1つです。プラットフォームの電圧が高いほど、比容量は大きくなります。そのため、同じ容量、重量、さらにはAHのバッテリーと比較して、より高い電圧のプラットフォームを備えた3成分リチウムイオンバッテリーの方が電力寿命が長くなります。三元リチウムイオン電池の電圧は3.7Vに達し、リン酸鉄リチウムは3.2Vですが、チタン酸リチウムはわずか2.3Vです。エネルギー密度の点では、三元リチウムイオン電池は、リン酸鉄リチウム、マンガナイトリチウム、チタン酸リチウムよりも明らかに優れています。

安全性能とサイクル寿命の悪さが主な欠点であり、特に安全性能は常に大規模な組み立てを制限し、大規模な統合アプリケーションの主な要因の1つでもあります。実験によると、容量の大きい三元リチウムイオン電池は、鍼治療と過充電の安全性試験に合格するのが難しいことがわかっています。これが、大容量のバッテリーが多くのMnをリードする必要があり、マンガン酸リチウムと一緒に適用する必要がある理由です。 500回のサイクル寿命はリチウムイオン電池分野で中程度以下です。したがって、三元リチウムイオン電池は、3cデジタルなどの家電製品に適用される傾向があります。