リチウム電池はなぜ膨張するのか

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リチウム電池はなぜ膨張するのか

リチウムイオン電池は、その高い寿命と容量のために広く宣伝されています。ただし、一部のリチウムイオン電池は長期間使用すると、次の理由により膨張することがあります。

  1. 過充電による膨張 過充電により、正極材料内のすべてのリチウム原子が負極材料に移動します。これにより、もともと正極にある完全なグリッドが変形および崩壊し、電池容量の低下に寄与する重大な要因となります。このプロセス中に、負極に蓄積するリチウムイオンの量が増加し、リチウム原子が過剰に蓄積して木の切り株のような結晶に成長し、バッテリーが膨張します。

  2. 過放電による膨張 固体電解質界面(SEI)膜は負極材料の保護機能を果たし、材料構造の崩壊を防ぎ、電極材料のサイクル寿命を延ばします。 SEI フィルムは充電および放電中に可逆的な変化を起こし、一部の有機化合物は可逆的な変化を起こします。電池の過放電によりSEI膜が可逆的に破壊され、負極材を保護しているSEIが破壊された後、負極材が崩壊してリチウムイオン電池が膨張します。

  3. 生産および製造プロセスの問題 メーカーの多様性により、一部のメーカーはコスト削減を優先し、劣悪な生産環境や旧式の設備の使用につながる可能性があります。これにより、バッテリーのコーティングが不均一になり、電解液に粉塵が混入する可能性があります。これらの要因は、ユーザーの使用中にリチウムイオン電池の膨張に寄与する可能性があり、潜在的により大きなリスクを引き起こす可能性があります。

なぜリチウム電池が優れているのか

リチウム電池は、最初の電池であるボルタパイルの開発以来、さまざまな理由で広く支持されるようになりました。時間の経過とともに改良が加えられ、使い捨て炭素亜鉛電池、充電式ニッケル水素 (NiMH)、ニッケルカドミウム (NiCd)、および鉛蓄電池が一般的に使用されるようになりました。 1992 年、ソニーはリチウムイオン電池の導入に成功し、その利点は現代生活のさまざまな側面に大きな影響を与えました。

  1. より高いエネルギー密度: リチウム電池はエネルギー密度が高く、ニッケルカドミウム電池の約 2.5 倍、鉛蓄電池の約 6 ~ 7 倍です。これは、リチウム電池がより小型で軽量のパッケージで同じ容量を提供できることを意味します。

  2. 高い動作電圧: リチウム電池は、ニッケルカドミウムやニッケル水素などの電池に比べて定格電圧が高いため、さまざまな用途でより汎用性が高くなります。

  3. 環境に優しく無公害: リチウム電池にはカドミウム、鉛、水銀などの有害な金属が含まれていないため、環境に優しく、汚染が少ないです。

  4. 長いサイクル寿命: リチウム電池は、サイクル数が 800 ~ 2000 回の多数の充放電サイクルに耐えることができます。これは、鉛蓄電池 (約 300 サイクル) やニッケル水素電池 (約 500 サイクル) を大幅に上回り、結果として寿命が長くなります。全体的な寿命。

  5. 低い自己放電率: リチウムイオン電池の自己放電率は非常に低いです。自己放電率は、バッテリーが開回路状態にあるときに蓄えられた電荷が自然に失われることを測定します。リン酸鉄リチウム電池などのリチウムイオン電池の自己放電率は通常、室温で月あたり約 2% ですが、これはニッケル水素電池の自己放電率 25% よりもはるかに低いです。

  6. 極端な温度に対する高い適応性: リチウム電池は、-20°C ~ 60°C の広い温度範囲で動作できます。一部のリチウム電池は、さまざまな温度要件を持つ特定の環境向けに設計されており、特定のタイプは摂氏 100 度を超える温度の環境でも機能します。

なぜリチウム電池は長持ちするのですか?

通常、リチウムイオン電池の寿命を示すためにサイクルカウントを使用します。サイクル数はリチウムイオン電池によって異なりますが、全体として、サイクル寿命は通常約 5 ~ 6 年に達し、適切に使用すればさらに寿命を延ばすことができます。これは、鉛蓄電池の寿命が約 1.5 年であるのに比べて大幅に長いです。リチウムイオン電池は、800 ~ 2000 サイクルという多数の充放電サイクルに耐えることができます。比較すると、鉛酸バッテリーのサイクル数は約 300 サイクル、ニッケル水素バッテリーのサイクル数は約 500 です。このサイクル数の増加により、リチウムイオン電池の全体的な寿命が長くなります。

飛行機に持ち込めないリチウム電池は何ですか?

この問題に関しては、輸送が制限されているリチウム電池と輸送が禁止されているリチウム電池を区別する必要があります。

  1. リチウム電池の運送制限: 航空会社の承認があれば、容量が 100Wh を超え 160Wh を超えないリチウム電池を搭載した電子機器の機内持ち込みが許可されます。各乗客は、このような予備バッテリーを 2 個まで持ち込むことができ、預け入れることはできません。100Wh を超えるリチウム電池を含む可能性のある機器には、メディア機器、オーディオビジュアル制作機器、パフォーマンス小道具、医療機器、電動玩具、電動工具、工具箱などが含まれます。 。

  2. 禁止されているリチウム電池の輸送: 容量が160Whを超える大型リチウム電池や電子機器の持ち込みおよび預け入れは固く禁止されています。

機内に持ち込むリチウム電池が機内に持ち込めるかどうかは、通常、電池のマークを確認することで判断できます。ワット時 (Wh) 単位の定格エネルギーがリチウム電池に直接ラベルされていない場合は、次の方法を使用して計算できます。

  • 公称電圧 (V) と公称容量 (Ah) がわかっている場合: 定格電力量は、Wh = V x Ah の式で計算します。公称電圧と公称容量は通常、バッテリーにマークされています。

  • バッテリーにミリアンペア時 (mAh) のみが表示されている場合: マークされた値を 1000 で割ると、アンペアアワー (Ah) が得られます。たとえば、リチウム電池の公称電圧が 3.7V、公称容量が 760mAh とマークされている場合、定格ワット時は次のようになります。 760mAh / 1000 = 0.76Ah; 3.7V×0.76Ah=2.9Wh。

リチウム電池はいつ発火するのですか?

リチウムイオン電池の発火の基本的な原因は、電池内部の異常な熱保持であり、内部および外部の可燃物の発火点に達した後に発火するものです。この問題が発生する具体的な理由は次のとおりです。

  1. 内部短絡: 過充電や過放電などの電池の乱用により、電池製造時のデンドライトの形成や不純物、塵埃が劣化し、セパレータに穴が開き、微小短絡が発生する可能性があります。電気エネルギーが放出されると温度が上昇し、温度上昇による材料の化学反応により短絡経路がさらに拡大し、より大きな短絡電流が発生します。この累積的かつ相互に強化される破壊が熱暴走につながります。リチウムイオン電池の内部短絡により、短絡点に大電流が流れ、大量の熱が発生し、爆発や火災を引き起こす可能性があります。

  2. 外部短絡: 外部短絡が長引くと、一般に回路の弱点が焼き付き、バッテリーの熱暴走が起こることはほとんどありません。

  3. 外部高温: リチウムイオン電池はその構造の特性上、さまざまな反応により多量の熱を発生します。セパレータが溶けると内部短絡が発生し、電気エネルギーの放出により発熱が増加します。この累積的かつ相互に強化される破壊効果により、電解液の噴出と燃焼が引き起こされます。リチウムイオン電池が高温に長時間さらされると、電解液中の溶媒の蒸発が速くなり、電極材料が膨張して内部抵抗が増加し、電池容量が徐々に低下します。一定の温度以上になると漏電やショートを起こし、爆発や火災につながる恐れがあります。

  4. 機械的振動または損傷: リチウムイオン電池が輸送、使用、メンテナンス中に強い機械的振動や損傷を受けると、電池のセパレータや電解液が損傷し、金属リチウムと電解液が直接接触する可能性があります。この接触により発熱反応が引き起こされ、最終的には爆発や火災につながります。

リチウムイオン電池の爆発や発火にはさまざまな原因があります。バッテリーを安全に使用および保守し、効果的なバッテリー管理を実行し、規格外の製品の使用を防ぐためにバッテリーのメーカーを特定することに注意を払うことが重要です。

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