導入：
市場に参入して以来、リチウムイオン電池リチウムイオン電池は、長寿命、高比容量、メモリー効果がないといった利点から広く利用されています。しかし、低温環境下では、容量低下、著しい劣化、サイクルレート性能の低下、リチウム析出の顕著な発生、リチウムの挿入・脱離の不均衡といった問題が生じます。用途が拡大するにつれ、リチウムイオン電池の低温性能の低さがもたらす制約がますます顕著になってきています。そこで今回は、その原因を探り、冬場のリチウムイオン電池の適切な取り扱い方法について解説します。
リチウム電池の低温性能に影響を与える要因についての考察
1. 電解質の影響
電解質は低温性能に最も大きな影響を与えるリチウムイオン電池電解液の組成と物理化学的特性は、電池の低温性能に重要な影響を与える。低温下での電池サイクルにおける問題は、電解液の粘度が増加し、イオン伝導速度が低下するため、外部回路の電子移動速度とのミスマッチが生じ、電池が著しく分極し、充放電容量が急激に低下することである。特に低温で充電する場合、負極表面にリチウムイオンが容易にリチウムデンドライトを形成し、電池の故障につながる可能性がある。
2. 負極材料の影響
- 低温高レート充放電時には電池の分極が深刻で、負極表面に大量の金属リチウムが析出する。金属リチウムと電解質の反応生成物は一般的に導電性がない。
- 熱力学的な観点から見ると、電解質にはCOやCNなどの極性基が多数含まれており、これらは負極材料と反応する可能性があり、形成されるSEI膜は低温の影響を受けやすい。
- 炭素負極は低温ではリチウムを埋め込みにくく、充電と放電に非対称性が生じる。
リチウム電池を冬場に正しく扱うにはどうすれば良いですか？
1. リチウム電池は低温環境では使用しないでください。
温度はリチウム電池に大きな影響を与えます。温度が低いほどリチウム電池の活性は低下し、充電および放電効率の大幅な低下に直接つながります。一般的に、動作温度はリチウムイオン電池摂氏マイナス20度から60度の間です。
気温が0℃を下回る場合は、屋外での充電は避けてください。充電しようとしても充電できません。バッテリーは屋内に持ち込んで充電できます（ただし、可燃物から必ず遠ざけてください！）。気温が-20℃を下回ると、バッテリーは自動的に休止状態になり、正常に使用できなくなります。そのため、北部のユーザーは特に寒さに敏感です。
屋内での充電環境が全くない場合は、バッテリーが放電した際の余熱を最大限に活用し、駐車後すぐに日光の下で充電することで、充電量を増やし、リチウムの析出を防ぐことができます。
2. 使用しながら充電する習慣を身につけましょう
冬場はバッテリー残量が少なくなると、こまめに充電する習慣を身につけることが重要です。冬場のバッテリー残量は、通常のバッテリー寿命を基準に決して見積もらないようにしましょう。
冬には、リチウムイオン電池電圧が低下すると、過放電や過充電を引き起こしやすく、バッテリー寿命に影響を与えたり、最悪の場合は発火事故につながる可能性もあります。そのため、冬場は、浅い放電と浅い充電を心がけ、充電に十分注意してください。特に、過充電を防ぐため、充電中は長時間駐車しないようにしてください。
3. 充電中は目を離さないでください。長時間充電しすぎないように注意してください。
利便性を優先して長時間充電しないでください。充電が完了したらすぐにプラグを抜いてください。冬場の充電環境は0℃を下回らないようにしてください。充電中は、緊急事態を防ぎ、迅速に対応できるよう、車両からあまり離れないようにしてください。
4. リチウム電池を充電する際は、専用の充電器を使用してください。
市場には低品質の充電器があふれています。低品質の充電器を使用すると、バッテリーが損傷したり、火災の原因になったりする可能性があります。安さだけで低価格で安全性の低い製品を購入しないでください。ましてや鉛蓄電池の充電器など使用しないでください。充電器が正常に動作しない場合は、直ちに使用を中止し、小さなことに気を取られて大きな問題を見失わないようにしてください。
5. バッテリーの寿命に注意し、適時に交換してください。
リチウム電池バッテリーには寿命があります。仕様やモデルによって寿命は異なります。また、不適切な日常使用により、バッテリーの寿命は数ヶ月から3年まで幅があります。車の電力が低下したり、バッテリーの寿命が異常に短くなったりした場合は、速やかにリチウムバッテリーのメンテナンス担当者にご連絡ください。
6. 冬に向けて電力を少し残しておく
来年の春に車両を正常に使用できるようにするため、バッテリーを長期間使用しない場合は、50%～80%まで充電し、車から取り外して保管し、月に一度程度定期的に充電してください。注：バッテリーは乾燥した場所に保管してください。
7. 電池を正しく配置してください
電池を水に浸したり、濡らしたりしないでください。電池を7段以上重ねたり、電池の向きを逆にしたりしないでください。
結論
-20℃では、リチウムイオン電池の放電容量は室温での約31.5%に過ぎません。従来のリチウムイオン電池の動作温度は-20℃から+55℃です。しかし、航空宇宙、軍事産業、電気自動車などの分野では、電池は-40℃で正常に動作することが求められます。したがって、リチウムイオン電池の低温特性を改善することは非常に重要です。もちろん、リチウムイオン電池業界は絶えず発展しており、科学者たちは顧客の抱える問題を解決するために、低温で使用できるリチウム電池の研究を続けている。
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投稿日時：2024年10月9日