低温高速リチウム電池

極寒の条件でも効果的に動作し、高い放電率を生成できるリチウムイオン電池は、低温高率リチウム電池として知られています。従来のリチウムイオン電池は、低温では性能や容量が低下することが多く、寒い場所や高出力が必要な環境での使用にはあまり適していません。低温、高レートのリチウム電池は、電池技術の発展の結果として生み出され、これらの欠点を回避することができます。

高率リチウム電池とは何ですか?

放電速度が速い高レート リチウム バッテリーは、大きな電力出力を迅速に提供できるように作られています。これらのバッテリーは、エネルギーを急速に放電できるように設計されており、高電流出力や短時間の電力バーストを必要とする用途に適しています。

従来のリチウムイオン電池はエネルギー密度が高いことで知られており、これは大量のエネルギーを蓄える能力を意味します。一部の高出力アプリケーションでは、そのエネルギーをすぐに放出できない場合があります。高レートのリチウム電池は、この制限を克服し、より迅速に電力を供給できるように設計されています。

充電と放電

リチウム電池は主に正極と負極の間のリチウムイオンの移動に依存して機能するため、高レート直列電池と呼ばれることがよくあります。 Li+ は、充電および放電プロセス中に 2 つの電極間を行き来して挿入および脱離されます。 Li+ はバッテリーの再充電中に正極から除去され、電解質を介して負極に挿入されます。放電時とは異なり、負極はリチウムリッチな状態になります。

効率

高レートリチウムバッテリーは、-20°C ～ 60°C のさまざまな温度で動作できます。急速充放電機能と最大100%の充電効率を備え、優れたサイクル性能を誇ります。さらに、長寿命と高出力を備えています。

高レートリチウム電池の重要な特徴は次のとおりです。

リン酸鉄リチウム (LiFePO4) とリチウム ニッケル マンガン コバルト酸化物 (LiNMC) は、優れた電力密度を提供し、高電流負荷に耐えることができ、これらのバッテリーで使用される 2 つの一般的な先進的な電極材料です。

3.2V 20A低温LiFePO4バッテリーセル-40℃3C放電容量≥70％充電温度：-20〜45℃放電温度：-40〜+ 55℃鍼灸試験合格-40℃最大放電率：3C

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セル設計: 電極表面積を最大化し、内部抵抗を低減し、イオン移動度を向上させる特殊なセル設計が、高速リチウム電池に使用される場合があります。これらの設計要素は、電力供給の強化に役立ちます。

高レートリチウム電池で使用される電解質は、多くの場合、セル内のイオンの流れを促進することにより、より速い充放電速度を促進するように設計されています。

高レートリチウムイオンバッテリーの利点

四角形、円筒形、三角形、月形などに加工できます。

極薄の厚さ: 0.5mm は、高レートリチウム電池として可能な限り最も薄い厚さです。

それから単一の高電圧バッテリーを作成し、バッテリーを直列に接続することが可能です。

高容量: アルミニウムシェルと比較して、同じタイプのバッテリーの容量が 15% 高くなります。

軽量: アルミニウムケースと比較して、同じタイプのバッテリーの重量が 30% 軽量です。

高電流放電: フレキシブルパッケージの上限は 35C ～ 40C、アルミニウムシェルの最大放電電流は 3C です。

低温高レートリチウム電池とは何ですか?

動作温度が低く、レートが高いリチウム電池は、極寒の温度でも良好に動作するように作られています。低温では電極の反応速度が遅く、電解質の導電率が低下するため、従来のリチウムイオン電池では性能や容量が低下することがよくあります。しかし、バッテリー技術の向上により、氷点下の温度を必要とする用途向けに特別に開発されたバッテリーが作成されるようになりました。

低温高エネルギー密度頑丈なラップトップ ポリマー バッテリーバッテリー仕様: 11.1V 7800mAh -40℃ 0.2C 放電容量 ≥80%防塵、耐落下性、耐腐食性、耐電磁干渉性

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たとえば、リチウムポリマー電池は、低温、高レートのリチウム電池です。高率ポリマー電池は、ポリマーリチウムイオン電池と高率を組み合わせているため、放電C値が大きくなります。これらは通常、携帯電話などのデジタル機器には使用されませんが、爆発的なエネルギーを必要とする電気自動車の電源システム、さまざまな航空機、遠隔制御モデルの車両には使用されています。

低温・高率リチウム電池実現への取り組み

電極と電解質の改良: 科学者は、低温でより効果的に機能するさまざまな電極と電解質の材料を研究しました。たとえば、リチウム電池は、カソードがリン酸鉄リチウム (LiFePO4) でできている場合、低温でよりよく機能します。電解質組成を最適化して、低温でのイオン伝導性を高めることも可能です。

ナノ構造材料: ナノ構造材料を電極設計に使用すると、低温でのリチウム電池の性能を向上させることができます。リチウムイオンは、ナノ構造電極の表面積の増大と拡散チャネルの凝縮により、より優れた移動度を持ち、低温でも高速で移動することができます。

いくつかの高性能アプリケーションには、極寒の環境でも動作できるバッテリーが必要です。このような状況ではバッテリー加熱システムを使用して、バッテリーのパフォーマンスに最適な温度範囲を維持できます。多くの場合、バッテリーの温度は、これらのシステムの内部または外部ヒーターを使用して適切な動作範囲まで上昇します。

バッテリー電解液の配合には、低温性能を高めるために特定の添加剤を含めることができます。一般に低温でのイオン移動度および電池性能を向上させるために、これらの添加により導電性が向上し、電解質の凝固点が低下します。

低温高レートリチウム電池のメリット

極寒条件での性能の向上: 低温リチウム電池は氷点下でも効果的に機能するように作られているため、寒冷地環境や航空機、電気自動車、屋外機器などの分野での使用に適しています。

急速な充電と放電: 通常のリチウムイオン電池と比較して、高レートリチウム電池は充放電容量が大幅に優れています。短時間での急速充電時間や強力な電力出力が必要なアプリケーションでは、この品質のメリットが得られます。

出力密度の向上: 従来のリチウムイオン バッテリーと比較して、低温、高レートのリチウム バッテリーは多くの場合、出力密度が高くなります。これらのバッテリーは、電力密度が高いため、コンパクトな設計と軽量化が可能になるため、スペースと重量の考慮が重要なポータブル電子機器や電気自動車に役立ちます。