統計によると、リチウムイオン電池の世界需要は13億個に達しており、応用分野の継続的な拡大に伴い、この数字は年々増加しています。このため、さまざまな産業でリチウムイオン電池の使用が急速に拡大しており、電池の安全性能がますます重要視されており、リチウムイオン電池には優れた充放電性能だけでなく、より高いレベルの電池が求められています。安全性能のこと。結局のところ、リチウム電池はなぜ発火し、さらには爆発するのでしょうか。どのような対策を回避して排除できるのでしょうか?
まずはリチウム電池の材料構成を理解しましょう。リチウムイオン電池の性能は主に、使用される電池の内部材料の構造と性能によって決まります。これらの内部バッテリー材料には、負極材料、電解質、隔膜、および正極材料が含まれます。その中でも、正負の材料の選択と品質は、リチウムイオン電池の性能と価格を直接決定します。したがって、安価で高性能の正極材料と負極材料の研究がリチウムイオン電池産業の発展の焦点となっています。
負極材料としては炭素材料が一般的に選ばれており、現在その開発は比較的成熟している。正極材料の開発は、リチウムイオン電池のさらなる性能向上と価格低下を制限する重要な要因となっています。現在のリチウムイオン電池の商業生産では、正極材料のコストが電池全体のコストの約40％を占めており、正極材料の価格の低下がリチウムイオン電池の価格の低下に直接影響します。これは特にリチウムイオン電池に当てはまります。たとえば、携帯電話用の小型リチウムイオン電池に必要な正極材料はわずか約 5 グラムですが、バス駆動用のリチウムイオン電源電池には最大 500 kg の正極材料が必要になる場合があります。
理論的には、リチウムイオン電池の正極として使用できる材料の種類は数多くありますが、一般的な正極材料の主成分は LiCoO2 です。充電時、バッテリーの 2 つの極に加えられる電位により、正極の化合物からリチウムイオンが放出され、リチウムイオンは層状構造で負極の炭素に埋め込まれます。放電すると、リチウムイオンが炭素の層状構造から析出し、正極の化合物と再結合します。リチウムイオンの移動により電流が発生します。これがリチウム電池の動作原理です。
原理は単純ですが、実際の工業生産では、考慮すべきはるかに現実的な問題があります。正極の材料には、複数回の充放電の活性を維持するための添加剤が必要であり、負極の材料には、適切な温度で設計する必要があります。より多くのリチウムイオンを収容できる分子構造レベル。正極と負極の間に充填される電解液は、安定性を維持することに加えて、良好な導電性を備え、電池の内部抵抗を低減する必要があります。
リチウムイオン電池は上記のすべての利点を備えていますが、保護回路の要件は比較的高く、使用プロセスでは過充電、過放電現象を厳密に回避する必要があり、放電電流を制限する必要があります。一般に、放電率は 0.2 C を超えないようにしてください。リチウム電池の充電プロセスを図に示します。充電サイクルでは、リチウムイオン電池は充電が可能かどうかを判断するために、充電を開始する前に電池の電圧と温度を検出する必要があります。バッテリーの電圧または温度がメーカーの許容範囲外の場合、充電は禁止されています。許容充電電圧範囲は、バッテリーあたり 2.5V ～ 4.2V です。
バッテリーが深放電している場合、バッテリーが急速充電の条件を満たすように、充電器は事前充電プロセスを実行する必要があります。次に、バッテリーメーカーが推奨する高速充電速度 (通常は 1C) に従って、充電器は定電流でバッテリーを充電し、バッテリー電圧はゆっくりと上昇します。電池電圧が設定終了電圧（通常4.1Vまたは4.2V）に達すると定電流充電が終了し、充電電流が下がります。 電池電圧が設定終了電圧（通常4.1Vまたは4.2V）に達すると定電流充電が終了します。終了すると、充電電流は急速に減衰し、充電は完全充電プロセスに入ります。完全充電プロセス中、充電電流は充電速度が C/10 未満に低下するか、完全充電時間が超過するまで徐々に減衰し、その後トップカットオフ充電に変わります。トップカットオフ充電中、充電器は非常に小さな充電電流でバッテリーを補充します。一定期間のトップカットオフ充電の後、充電はオフになります。
投稿日時: 2022 年 11 月 15 日