だまされるのはやめましょう！リチウム電池は消耗しません - 充電習慣によってダメになってしまいます。 - ブログ

リチウム電池を正しい方法で充電および放電する方法

一部のリチウム電池は 8 年持続するのに、あなたの電池はわずか 3 年で切れてしまうのはなぜですか?このガイドを保存しておいてください。超長いバッテリー寿命の秘密を 1 回読むだけで解き明かします。-

これはBlumotiによる独占レポートです。リチウム電池のケアに関するプロのヒントをご紹介しますので、ぜひご参加ください。

過充電と過放電は、リチウム電池の消耗の最も破壊的な原因となります。これは単に「充電しすぎ」や「消耗が少なすぎる」ということだけではありません。これらの行為は、バッテリーセル内に不可逆的な電気化学的および物理的損傷を引き起こします。損傷は時間の経過とともに蓄積され、急速な容量の損失、内部抵抗の急激な上昇、さらには完全なバッテリーの故障につながります。

Blumoti のリチウム電池セル設計と BMS 保護ロジックを組み合わせて、コア電気化学と実際の損傷プロセスからこの問題を説明し、BMS が厳格な過充電/過放電保護しきい値を設定する理由を説明します。

I. 過充電: リチウム電池の致命的な過負荷

3種類の不可逆的なダメージを与える

リチウム電池の充電は、リチウムイオンがカソードから脱離し、電解質とセパレーターを通過して、アノードのグラファイト層に挿入されるプロセスです。このプロセスには一定の容量制限があります。アノードのグラファイトは有限数のリチウムイオンしか保持できません。過充電すると、過剰なリチウムイオンがアノードに押し込まれ、損傷の連鎖が引き起こされます。

1. リチウムデンドライトメッキ: 陽極の永久的な汚れ

過充電による最も致命的なダメージ

アノードのグラファイトがリチウムイオンで完全に飽和すると、過剰なイオンは挿入できなくなり、金属リチウムとしてアノード表面にめっきされ、針状/デンドライト-形状のリチウムデンドライトが形成されます。

リチウム樹枝状結晶は死んだリチウム（充放電サイクルの一部ではなくなった）であり、使用可能なバッテリー容量の永久的な損失を引き起こします。-

成長する樹枝状結晶は最終的にセパレーター (カソードとアノードの間のコア絶縁層) を突き破り、内部短絡を引き起こします。これにより、良くても加熱/膨張、最悪の場合は火災/爆発が発生します。

セパレータに穴が開いていなくても、樹枝状結晶がアノードのグラファイト構造に損傷を与え、粉砕や脱落を引き起こし、容量の低下を加速させます。

2. 電解質分解の促進

リチウムイオン輸送媒体の喪失

リチウムバッテリーの電解液は、一定の安定した電圧範囲でイオン伝導ブリッジとして機能します（バッテリーの充電カットオフ電圧: LFP の場合は 3.65 V、三元電池の場合は 4.2 V）。-過充電によりセル電圧がこのしきい値を超え、電解質が酸化され、ガス (CO2、HF など) と不純物に分解されます。

ガスの蓄積はセルの膨張を引き起こし、ハーメチックシールを損傷し、さらには電解液の漏れにつながります。

電解質が分解するとイオン伝導が損なわれ、内部抵抗が急激に上昇し、充放電効率が大幅に低下します。{0}

分解した不純物はカソード/アノード表面に不動態膜を形成し、リチウムイオンの挿入/脱離を妨げ、容量の低下を加速します。

3. 正極材料の構造崩壊

リチウム貯蔵能力の永久的な喪失

カソード材料 (LFP のリン酸鉄リチウム、ターナリーの NCM/NCA) は、定格電圧範囲内でリチウムイオンが脱離するように設計された結晶構造を持っています。過充電によりカソードが過剰な酸化電位にさらされ、結晶構造の崩壊と粉砕が引き起こされます。一部の活性カソード材料はリチウム貯蔵/放出能力を失い、不活性材料になります。

定格容量の直接的な永久的な低下 (たとえば、100Ah バッテリーは過充電後、永久に 80Ah 未満に低下する可能性があります)。

粉砕された正極材料は脱落してセパレータの細孔を詰まらせ、リチウムイオンの輸送を妨げ、内部抵抗をさらに増加させます。

PS: Blumoti の BMS は、正確な充電カットオフ電圧（LFP の場合は 3.65 V / ターナリの場合は 4.2 V）と過充電保護（しきい値を超えた場合の即時電源遮断）を備えています。{0}ただし、これは緊急時の保護にすぎません。頻繁に長期にわたって近位の過充電が発生すると、依然として軽度の損傷が発生します。{4}}そのため、バッテリーを 100% 充電した状態で長時間電源に接続したままにすることはお勧めしません。

II.過放電: リチウム電池の過度の消耗

2種類の不可逆的なダメージを与える

リチウム電池の放電は、リチウムイオンがアノードから脱離し、カソードに戻るプロセスです。過放電により、ほぼすべての脱離可能なリチウムイオンがアノードから抽出され、セル電圧が放電カットオフ（LFP の場合は 2.0 V、三成分の場合は 2.5 V）以下に低下します。-、逆電気化学反応を引き起こし、永久的な損傷を引き起こします。

1. 不可逆的なアノードグラファイト損傷

デッドカーボン層の形成

通常の放電中、アノードのグラファイトは構造をサポートするために少量のリチウムイオンを保持します。過放電によりこれらのイオンがほぼすべて除去され、グラファイトの層状構造が崩れて粉砕されます。一方、銅の溶解はアノード表面で発生します（銅箔集電体が酸化し、銅イオンとして電解液に溶解します）。

崩壊した黒鉛はリチウムイオンを効果的に挿入できなくなり、死んだ炭素層が形成され、リチウム貯蔵容量が永久に失われます。

銅イオンは電解液中で不純物を形成し、カソード/アノード/セパレータ表面に堆積し、細孔を詰まらせ、内部抵抗を増加させ、電解液の分解を促進します。

2. カソード還元反応

活性物質の永久不活化

通常の放電中、カソードは酸化状態にあり、リチウムイオンの再挿入により還元反応が完了します。過放電は過剰なカソードの減少を引き起こし、さらには金属イオンの浸出（三元セルのコバルト/ニッケル、LFP の鉄）を引き起こします。

浸出した金属イオンは電解液中で金属塩の沈殿物を形成し、カソード/アノード表面に付着して活性部位に損傷を与え、カソードのリチウム貯蔵能力を奪います。

過剰な還元は不可逆的な結晶構造の損傷（例、LFPのオリビン構造、三元系の層状構造）を引き起こし、活物質を不活性化し、永久的な容量の低下を引き起こします。

重要なヒント: 携帯電話やノートパソコンが約 10% の充電で突然シャットダウンする場合は、バッテリー切れではありません。BMS の過放電保護 (セル電圧がカットオフ値を下回らないように電力をカットする) によるものです。-これは重要なバッテリー保護です。永久的な損傷を引き起こす可能性があるため、点滅、亀裂、その他の方法で絶対にバイパスしないでください。