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リチウムイオンバッテリーの容量劣化診断2

   

リチウムイオンバッテリーの劣化原因として電池内部の材料、電解液、電極界面等様々な原因が考えられる
電極材料と電解質界面では電解液の分解反応、Li(リチウム)の析出によりデンドライトが生成され充放電容量が低下することが劣化の原因となっている
リチウムの析出は仕様温度範囲以外での使用や急速充電時に生じやすくなっている
リチウムの析出を判断するには内部抵抗を測定することで判断ができる

劣化度と寿命の評価法として以下が判断基準となります

・内部抵抗の変化
・出力電圧の変化
・放電電気量
・満充電電圧
・初期電圧と現在の電圧比

劣化評価手法の例

直流パルス評価法
リチウムイオン電池を構成するキャパシタ成分と抵抗成分を並列連結しリチウムイオンの移動抵抗分を直列にしたモデル
これに定電流パルスを印加して電圧―時間応答にて劣化を判断する
印加前、後の電位差、電圧降下分等によりリチウムイオン電池の劣化進行度合いを判断する

この評価手法は単純であるが実際のリチウムイオン電池は正極、負極材料が異なる材料であり電解液の分布等も反映されていないのであくまで参考値とする事を推奨します

劣化の原因
リチウムイオンバッテリーの事故として思い浮かぶ事は異常発熱、発火等である
この主な原因はリチウムの析出(デンドライトの生成)による正極、負極間のショートといえる
その他はリチウムイオン電池製造中に混入される異種金属、錆等あるとされているが分解して確認しなければならないので有効な判断材料とは言えない

リチウムの析出原因として電解液内の水分と陰イオン、溶媒や電解液内の活物質と反応し電極表面にガスが発生する
充放電回数が増え、大電流動作が重なるとリチウムイオンの減少、負極にてリチウムの析出が起こり短絡事故や劣化の進行が起こるとされている

リチウムイオンバッテリー(組電池)の劣化診断では現状、内部抵抗の測定で判断を行うことが一般的とされる

またリチウムイオン電池のSOC(State of Charge)は出力電圧、電流積算、温度から判断するという方法もあるが鉛蓄電池用なのでリチウムイオンバッテリーに適切であると言えるかは判断が別れるところとなっている

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