電圧と電流は、充電中の三元リチウム電池の寿命にどのように影響しますか？

リチウムイオン電池のエネルギー密度の増加に伴い、従来のコバルト酸リチウム材料は徐々に大容量の三元材料に置き換えられています。三元材料は、LCO材料と比較して、LCOと同様の層状構造を持っていますが、三元材料は、材料容量を大幅に向上させるだけでなく、LCO材料よりも優れた熱安定性を備えています。

一般的に言って、私たちがよく参照する三元材料は、主にNMC材料とNCA材料です。層状材料の容量は、構造の安定性に影響されます。 Ni3 +はCo元素よりも化学的に安定しているため、NMC材料は、充電プロセス中にさらに多くのLiを除去できるため、材料容量が大幅に向上します。

同様に、酸化物カソード材料の層状構造の安定性は、Li数のオフに影響され、Liを取り除くには多すぎると、材料層構造が崩壊する可能性があるため、NMC材料の構造安定性を確保するには、材料の充電カットオフ電圧は、材料の長期安定性のサイクルを確保します。

ドイツのミュンスター大学のJohannesKasnatscheewらは、NCM111とNCM532（両方ともBMWグループの材料）、NCM622とNCA（Customcellの2つの材料）、NCM811（Shanshan Technologyの材料）のサイクル寿命と構造、および安定性が研究されました。

充電カットオフ電圧の影響

リチウム数のＮＭＣ材料は、電荷遮断電圧に比例する。すなわち、リチウムの量が多いほど、電荷遮断電圧ＮＭＣ材料が高いほど、材料の構造が不安定になり、それに応じて不安定になる。以下の異なる充電カットオフ電圧下のNCM811材料、サイクル性能曲線については、カットオフ電圧後の増加、材料容量の大幅な増加、材料破損の加速、それに続く落下速度を見ることができます。

異なるカットオフ電圧でのサイクルデータを比較すると、4.6Vのカットオフ電圧は5回目の放電で最大の比容量を持っていますが、53サイクル後、その容量は急速に低下し、NMC111は4.5Vより低くなります。および4.4Vのカットオフ電圧容量。これは、材料の容量は大幅に向上しているものの、電荷カットオフ電圧はやみくもに改善されていることを示していますが、材料のサイクル安定性は大幅に低下しているため、設計に応じて電荷カットオフ電圧を選択する必要があります。バッテリーの寿命。

以下のNMC111、NMC532、NMC622、NMC811、およびNCA材料の場合、異なるカットオフ電圧ループで53回、放電エネルギーと放電エネルギー保持曲線が図に示されています。ループは53回で、放電エネルギー密度は最高の放電エネルギー密度を得るための4.3Vカットオフ電圧でのバッテリーの最高電圧、NMC811材料で最高、NMC622およびNMC532、最高の放電エネルギー密度を得るための4.4Vの充電カットオフ電圧のNCA材料、NMC111材料は4.5Vで最高のエネルギー密度を獲得しました。

これは53サイクルのデータの後でのみであり、サイクル時間の増加に伴い、ドロップ速度の失敗による材料の下でのより高いカットオフ電圧は、上記のサイクル曲線の傾向に従って、最低電圧、放電エネルギー密度としてより速くなります最高になります。さらに、下の画像から、充電カットオフ電圧の増加に伴う材料の種類に関係なく、特にカットの影響下にある低Ni含有量のNMC111、NMC532、およびNMC622材料では、容量低下速度が発生する可能性があります。 -オフ電圧が大きいため、構造安定性が少し低い材料のNi含有量が少ないことを示しています。

周囲温度の影響

リチウムイオン電池の実際の用途では、ヨハネス・カスナチューNMC622、NMC811、NCA材料の常温60 ℃での高温安定性を考慮する必要があり、サイクル性能を調べた結果を下図に示します。一般に、温度を上げるとセルのダイナミクス状態が改善され、60 ℃以下のバッテリーの容量からこの時点までバッテリーの性能が向上することがわかりますが、温度が高くなると材料循環の安定性に影響します。

たとえば、常温の20 ℃では、最初の50回のサイクルで3種類の材料が性能のサイクルに近いですが、温度を60 ℃に上げると、NMC811と50回後のNCA材料の循環能力保持率はNMC622材料よりも大幅に低く、NMC622材料の熱安定性が高いことを示しています。

サイクル性能に対する形成電流の影響

充電システムのインテリジェント制御

Johannes Kasnatscheewは、充電のカットオフ電圧、形成電圧および電流などの3成分材料のサイクル性能に影響を与える要因、およびNMCおよびNCA材料のサイクル性能に対する周囲温度の影響を分析しました。本質的に、NMC材料のリチウム除去量が増えると、材料の構造安定性が低下し、サイクル性能に影響を及ぼします。また、高温は材料の安定性にも悪影響を及ぼし、材料サイクル性能の低下につながります。 Johannes Kasnatscheewはまた、NMC材料の特性に応じて新しい充電システムを設計しました。これは、充電容量の低下を克服するために、容量制限をカットし、充電電圧を調整して、バッテリーの容量が毎回同じになるようにします。過電圧によるバッテリーの放電容量とバッテリーのリサイクル性能を向上させます。

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