リチウム電池の劣化は長期にわたって徐々に進行し、電池の状態は温度、電流率、カットオフ電圧などのさまざまな要因の影響を受けます。現在、バッテリーの健康状態の研究とモデリング分析においていくつかの成果が得られています。関連研究には、バッテリーの劣化メカニズムと老化要因の分析、バッテリーの健康管理、バッテリーの状態の監視と推定、バッテリー寿命の予測などが含まれます。
しかし、リチウム電池の健全性評価については、比較的完全な概要とレビューがまだ不足しています。本稿では、電池の健康状態の定義、影響要因、評価モデル、研究の難しさ、研究の意義の5つの側面から、電池の健康状態の研究状況と進捗状況を系統的に紹介する。
1. バッテリーの健康状態の定義
バッテリー SOH は、新しいバッテリーと比較した現在のバッテリーの電気エネルギーを蓄積する能力を特徴付け、寿命の始まりから寿命の終わりまでのバッテリーの状態をパーセンテージの形式で表します。バッテリーにはさまざまな性能指標があります。 SOH には国内外で多くの定義がありますが、概念には統一性がありません。現在、SOH の定義は主に、容量、電力、内部抵抗、サイクル タイム、ピーク電力などのいくつかの側面に反映されています。
1 容量定義 SOH
バッテリー容量の減衰による SOH の定義についてはほとんどの文献があり、SOH の定義は次のように与えられます。式では: ケージドはバッテリーの電流容量です。 Crated はバッテリーの定格容量です。
2 電気の定義 SOH
電力消費に対する SOH の定義は容量の定義と似ています。バッテリーの定格容量には実際の有効容量と最大容量があり、バッテリーの実際の容量は公称定格容量とは多少異なるため、一部の文献では次のように定義されています。バッテリーの放電容量の観点から見たSOH。
3 内部抵抗による SOH の定義
バッテリーの内部抵抗の増加はバッテリーの劣化を示す重要な兆候であり、バッテリーのさらなる劣化の原因でもあります。多くの文献では、内部抵抗を使用して SOH を定義しています。
4 残りのサイクル数によって SOH が定義される
SOHを定義するために容量や内部抵抗などのバッテリー性能指標を使用することに加えて、バッテリーの残りのサイクル数によってバッテリーのSOHを定義する文献もあります。
上記の 4 種類のバッテリーの SOH 定義は、文献では比較的一般的です。容量や電力の定義は操作性が高いが、容量は電池の外部性能であるのに対し、内部抵抗や残り時間の定義は操作性が低い。内部抵抗は SOC と温度に関連しており、測定するのは簡単ではありません。残りのサイクル数と合計サイクル数を測定するのは簡単ではありません。を正確に予測することはできません。
2. リチウム電池の健康状態に影響を与える要因
近年、国内外の多くの文献でリチウム電池の劣化メカニズムと法則が研究されています。一般に、リチウムイオンの析出、SEI 膜の肥厚、活物質の損失が電池の経年劣化と容量低下の主な原因であると考えられています。リチウム電池を乱用すると電池の劣化が促進され、電池の通常の充放電も電池の状態に影響を及ぼし、電池の劣化が促進されます。
1 バッテリーSOHに対する温度の影響
一般に、温度はバッテリーの状態に影響を与える主な要因であると考えられています。温度はバッテリーの性能に二重の影響を与えます。一方で、高温によりバッテリー内部の化学反応が加速され、バッテリーの効率と性能が向上します。同時に、高温は一部の不可逆的な化学反応を促進します。この反応が起こると電池の活物質が減少し、電池の劣化や容量低下が起こります。実験データによると、高温により電池電極のSEI膜の成長が促進され、リチウムイオンがSEI膜を透過しにくくなり、これは電池の内部抵抗が増加することに相当します。
2 充放電電流レートがバッテリー SOH に及ぼす影響
充放電速度はバッテリーの寿命に影響します。 Sony 18650 バッテリーは、3 つの異なる放電率で 300 サイクルテストされました。同時に、高レート放電によりバッテリー内部でより多くの熱が発生し、バッテリーの劣化が促進されます。電子顕微鏡により、高率放電電池の電極表面のＳＥＩ膜が低率放電電池に比べて厚いことが観察される。
3 バッテリーSOHに対する放電深度の影響
バッテリーの充電と放電の深さは、バッテリーの状態と劣化に影響を与えます。バッテリーには総伝達エネルギーが蓄積されていると考えられており、総伝達エネルギーに基づいてバッテリーの容量低下と経年劣化の解析が行われます。高飛ら。は、リチウム電池の異なる放電深さのサイクル試験を通じて、電池の累積移動エネルギーと電池の容量減衰との関係を分析し、電池容量が85%に減衰する前に、電池の累積移動エネルギーが低下すると結論付けました。深充電および深放電では、バッテリー容量が低下します。浅い充電と浅い放電の 2 つのモードは基本的に同じです。バッテリー容量が 85% ～ 75% に低下すると、バッテリーの累積移動エネルギーとエネルギー効率は浅い充電および浅い放電モードよりも優れています。
4 サイクル間隔がバッテリー SOH に及ぼす影響
バッテリーの充放電サイクル間隔もバッテリーの劣化プロセスに影響します。充放電バッテリーの内部抵抗は、サイクル間隔によって異なります。したがって、サイクル中のバッテリーの熱と反応はわずかに異なり、長期的にはバッテリーの健康状態と劣化に影響を与えます。したがって、一部の専門家は、バッテリーのSOC範囲は20%〜80%であり、バッテリーの健康とサイクル寿命にとって有益であると示唆しています。
5 充放電終止電圧が電池 SOH に及ぼす影響
バッテリーの過充電と過放電はバッテリーの状態に影響を与え、電圧の上限と下限が不適切であるとバッテリーに影響を与えます。放電終止電圧が低いほど、バッテリーの内部抵抗が大きくなり、その結果、バッテリーの内部加熱、副反応の増加、バッテリー活物質の減少と負のグラファイトシートの崩壊、劣化の加速と容量低下が発生します。バッテリー。充電終止電圧が高すぎると、バッテリーの内部抵抗が増加し、バッテリーの内部熱が増加します。また、過充電により、負極の「リチウム析出」現象とそれに伴う副反応の増加が発生し、容量に影響を与えます。そしてバッテリーの劣化。
要約すると、バッテリーの動作温度、充放電速度、放電深度、サイクル間隔、充放電カットオフ電圧はすべて、バッテリーの状態と寿命に影響を与えます。現在、バッテリーの健康状態に影響を与える要因に関する研究は定性的研究の段階にあります。バッテリーの劣化に影響を与えるこれらの要因とこれらの要因間の連関関係を定量的に分析することは研究の難しさであり、将来のバッテリーの健康と寿命に関する研究のホットスポットです。
