リチウム電池の凍結温度：はじめにと方法

リチウム電池をお持ちで、寒い気候に住んでいる場合、リチウムは寒い気候に少し敏感なので、特別な注意を払う必要があります。寒い時期にリチウム電池を管理する方法を知りたい場合は、これをチェックしてください！

リチウムイオン電池の凍結温度

低温はリチウム電池にも影響を及ぼします。 32°C未満の温度では、鉛蓄電池の効率と使用可能な容量が劇的に制限され、使用可能な定格容量の70〜80パーセントしかありません。リチウム電池は、同じ温度でほとんど損失なく、容量の95〜98パーセントを供給できます。

氷点を超える温度で充電すると、バッテリーのアノードまたはマイナス端子として機能する多孔質グラファイトが、スポンジのようにリチウムイオンを吸収します。ただし、温度が氷点下に下がると、アノードは十分なリチウムイオンを吸収できなくなります。代わりに、複数のリチウムイオンがアノードの表面を覆い、バッテリー容量を低下させ、エネルギーの流れを誘発するために利用できるリチウムを少なくします。氷点下の低い充電率で充電すると、バッテリーの機械的安定性が弱まり、予期しない故障が発生しやすくなります。

極寒の充電条件下では、リチウムイオンはグラファイトアノード内で「機能」するため、方向が乱れます。挿入する代わりに、これらのイオンは最終的にアノードの表面をめっきします。低温での充電はメッキを引き起こす可能性があり、抵抗を増加させながらバッテリー容量を減少させます。十分なメッキが蓄積されると、セパレーターを破り、セル内で致命的な短絡を引き起こす可能性があります。

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リチウム電池はどの温度で凍結しますか？

寒さから入ってくると、手が温まると手を痛めることがあります。リチウム電池についても同じことが言えます。バッテリーの内部温度が32度を下回ると、リチウム電池は、温度が高いときと同じ量の充電電流（暖かさ）を受け取ることができなくなります。温度が氷点下になった場合は、バッテリーを充電しないでください。

寒い天候下での充電には別の戦略が必要です。これは、投資を存続させるために不可欠です。温度が下がると、ほとんどすべてのバッテリーがより難しい充電プロセスを必要とします。鉛蓄電池は、リチウム電池よりも充電条件の範囲が限られています。ただし、両方ともゆっくりと充電し、それぞれの温度制限内に保つ必要があります。

低温で充電する場合、バッテリーは充電率に比例して損傷を受けます。充電を遅くすると損傷を減らすことができますが、これが現実的な代替手段になることはめったにありません。バッテリーは、気温が華氏32度から14度の間にある場合にのみ.1Cで充電できます。温度が華氏14度から-4度の間の場合、摂氏.05度を超える温度ではバッテリーを充電できません。

これらの充電速度は、充電サイクル全体でどれほど寒くなるかわからないため、手順が確実に長くなり、複雑になります。厳しい状況では、40度の気温で就寝し、18度の天候で目を覚ますことがあります。一晩でより速く充電した場合、温度が下がるとバッテリーが不可逆的に損傷する可能性があります。

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寒冷時の充電の最初のルールは、気温が氷点下に下がったときに充電電流を減らさずにバッテリーを充電しないようにすることです。これは、BMSが充電器に接続され、充電器が提供されたデータに応答できるようになるまで問題になる可能性があります。氷点下の温度で充電する場合は、充電電流をバッテリー容量の5〜10％に維持してください。

リチウム電池を冷やしておいても大丈夫ですか？

LFPバッテリーは、華氏-4度から140度の範囲の温度で、すべての気象条件での使用に適しています。非常に寒い場所に住み、旅行するオフグリッドソーラー、RV、キャンピングカーの所有者は、リチウム電池が継続的で安定した電力のための優れたソリューションであることに気付くでしょう。バッテリーの健康に害を及ぼす可能性があるため、すべてのバッテリー所有者は低温を避ける必要があります。低温は、標準的な鉛蓄電池の健康と耐久性に悪影響を与える可能性があります。リチウム電池は、低温で鉛蓄電池よりも優れています。

冷たい鉛蓄電池から使用する電力が多いほど、電池は弱くなります。 LFPバッテリーを使用すると、ウォームアップして抵抗が低下し、電圧が上昇します。寒い天候下でのバッテリーのアップグレードや交換に関しては、リチウムが間違いなく勝者です。

ただし、それには落とし穴があります。エネルギー省のSLAC国立加速器研究所の研究者によると、リチウムイオン電池が氷点下に保たれると、電池の要素の一部が破損して周囲のコンポーネントから分離し、電池のエネルギー貯蔵能力が制限される可能性があります。

SLACのYijinLiuとポスドクのJizhouLiは、バッテリーの動作中に電子が流入するバッテリーのコンポーネントであるカソードの寒冷時の性能を調査しているときに、この発見を発見しました。初期の研究によると、カソードを摂氏0度未満の温度に保つと、100回の充電後にバッテリーの容量が最大5％多く失われました。

研究者たちは、SLACのスタンフォードシンクロトロン放射光源で作成されたX線分析ツールと、過去数年間にLiが開発した機械学習技術の組み合わせを利用して、その理由を解明しました。この組み合わせにより、個々のカソード粒子を識別できるため、目だけでほんの一握りではなく、一度に数千の粒子を分析できます。

Liuによると、これらの実験は、低温がカソード内のミートボールのような粒子を収縮させ、それらを破壊するか、または既存の破壊を悪化させることを示しました。さらに、温度変化に応じて材料の膨張と収縮が異なるため、厳しい寒さでカソードが周囲の材料から分離されていました。

劉氏によると、調査結果は多くの実行可能な解決策を示しています。科学者は、より温度応答性の高い電池材料を研究することで、剥離の問題を克服できる可能性があります。すべてのバッテリーは、加熱および冷却すると膨張および収縮するため、他のバッテリーのパフォーマンスを向上させるのに役立つ可能性があります。より滑らかでミートボールのような粒子を含む、バッテリー内のさまざまな粒子形態を開発することにより、研究者は亀裂を最小限に抑え、リチウムイオンバッテリーの長期容量を増やすことができるかもしれません。

最初はこれらのことを行うのは難しいかもしれませんが、慣れると上記の手順に慣れます。