リチウム ベースの電池を延長する方法

December 11, 2018

李イオンは老化します、ものにより生命を延長するために電池のユーザーがことができるものが発見して下さいする。

電池の研究はリチウム化学にが電池の未来がリチウムにもっぱらあることを想像できることそれほど焦点を合わせています。楽観的がであるあるもっともな理由がリチウム イオンは、他の化学より優秀な多くの方法であります。適用はスタンバイおよび負荷水平になることのような鉛の酸によって前に頑丈に、握られた市場に育って、侵入しています。多くの衛星はまた李イオンによって動力を与えられます。

リチウム イオンはまだ十分に成熟しないし、まだ改良しています。著しい進歩は長寿および安全で容量が漸増して増加している間なされました。今日、李イオンはこの動力源が受け入れられた標準になる前にほとんどのEVの必要性のそれ以上の開発のための消費者装置適用の期待に応えますが。

何によりリチウム イオンは老化しますか。

リチウム イオン電池は肯定的で、否定的な電極間のイオン動きで動作します。理論ではそのようなメカニズムは高温およびそのうちに老化する減少性能、循環永久に働く、べきです。製造業者は保守的なアプローチを取り、ほとんどの消費者製品で指定しま300そして500の排出/充満周期の間にですとして李イオンの生命を。

周期のカウントの評価の電池の寿命は周期を構成するものがの排出が詳細変えるかもしれ、はっきり定義された標準がないので決定的ではないです。サイクル カウントの代りに、ある装置製造業者は日付印の電池の取り替えを提案しますが、この方法は使用法を注意して取りません。電池は多用か好ましくない温度条件による割り当てられた時間の内に壊れるかもしれません;但し、ほとんどのパックはスタンプが示す何をよりかなり長く持続します。

電池の性能は容量、一流の健康の表示器で測定されます。内部抵抗および自己放電はまた役割を担いますが、これらは現代李イオンとの電池の寿命の終わりの予測でより少なく重要です。

図1はCadexの実験室で循環した11の李ポリマー電池の容量の低下を説明します。4.20V/cellに1,500mA (1C)の流れで携帯電話のための1,500mAh袋の細胞が最初に満たされ、次に完全な充満飽和の一部として0.05C (75mA)に飽和する。電池は1,500mAへの3.0V/cellでそれから排出され、周期は繰り返されました。李イオン電池の期待された容量の損失は提供された250の周期に均一であり、電池は予想通り行いました。

11新しい李イオンはCadex C7400電池の検光子でテストされました。すべてのパックは88-94%の容量で始まり、73-84%に250の完全な排出周期の後で減りました。1500mAh袋のパックは携帯電話で使用されます。


次のテーブルはコバルト ベースのリチウム イオンの圧力関連容量の損失を示します。リチウム鉄の隣酸塩およびリチウム チタン酸塩の電圧はより低く、電圧に与えられる参照を適用しません。
電池は最初の勤続年数の間に容量100%提供するべきであるがより指定容量を低く見るために共通であり保存性はこの損失に貢献するかもしれません。さらに、製造業者は非常に少数のユーザーがスポットチェックをし、低く不平を言うことを知っている彼らの電池を過大評価しがちです。複数の細胞のパックに要求されるように、ない開けます大いにより広い性能の受諾のための水門を携帯電話およびタブレットの単一セルに一致させなければならなくて。より低い容量の細胞は消費者知っていないでひびを通って入れるかもしれません。

多用とより速く身に着けている機械装置に類似した、排出(DoD)の深さは電池のサイクル カウントを定めます。(低いDoD)より小さい排出、より長く電池は持続します。まったく可能なら、完全な排出を避け、より頻繁に使用間の電池を満たして下さい。李イオンの部分的な排出はうまくあります。記憶がないし、電池は周期的で完全な排出周期が生命を延長することを必要としません。例外はスマートな電池または理性的な装置の燃料計の周期的な口径測定であるかもしれません。

 

 

 

注:

表2、3および4は深さの排出、温度の共通のコバルト ベースの李イオン電池の一般的な老化の傾向を示し、ある特定のおよび排出の帯域幅の内で作動するとき充満レベル、表6は更に容量の損失を見ます。テーブルは電池の寿命を短くする高い負荷排出および超高速充満に演説しません。すべての電池は同じように動作しません。

表2の見積もりは70%に電池容量の低下の前にさまざまなDoDのレベルで排出/充満周期李イオンの数渡すことができます。DoDはテーブルの州の充満(SoC)の示されたレベルに排出に先行している完全な充満を構成します。

排出の深さ 排出周期
(NMC/LiPO4)
表2:サイクル寿命の機能として
discharge.* Aの部分的な排出の深さは圧力を減らし、電池の寿命を延長しましたり、従って部分的な充満をします。高温および高い流れはまたサイクル寿命に影響を与えます。

注:100%のDoDは完全な周期です;10%は非常に短いです。中間状態の充満の循環に最もよい長寿があります。
100%のDoD ~300/600
80% DoD ~400/900
60% DoD ~600/1,500
40% DoD ~1,000/3,000
20% DoD ~2,000/9,000
10% DoD ~6,000/15,000
 

リチウム イオンは圧力に高い充満電圧で熱に露出されたとき、そうします細胞の保存を苦しみます。30°Cの上の電池の住居(86°F)は高温考慮され、ほとんどの李イオンのために4.10V/cellの上の電圧は高圧として考えられます。電池を高温--にさらすことおよび延長時間の完全な州の充満の居住は循環しますより緊張に満ちます。表3は温度およびSoC.の機能として容量の損失を示したものです。

温度 40%充満 100%充満 表3:1年間李イオンをさまざまな温度で貯える場合の推定回復可能な容量。高温は永久的な容量の損失を急がせます。すべての李イオン システムが同じように動作しません。
0°C 98% (1年後で) 94% (1年後で)
25°C 96% (1年後で) 80% (1年後で)
40°C 85% (1年後で) 65% (1年後で)
60°C 75% (1年後で) 60%
(3かの数か月後で)

ほとんどの李イオンは4.20V/cellに満たし、サイクル寿命を倍増すると0.10V/cellのピーク充満電圧のあらゆる減少は言われます。例えば、4.20V/cellに満たされるリチウム イオン細胞は普通300-500の周期を提供します。4.10V/cellだけに満たされたら、生命は600-1,000の周期に延長することができます;4.0V/cellは1,200-2,000を渡し、3.90V/cellは2,400-4,000の周期を提供するべきです。

否定的な側面で、より低いピーク充満電圧は電池が貯える容量を減らします。簡単な指針として、あらゆる70mV減少の担当した電圧は10%全面的な容量を下げます。それに続く充満のピーク充満電圧を適用することは全能力を元通りにします。

長寿の点では、最適充満電圧は3.92V/cellです。電池の専門家はこの境界がすべての電圧関連の圧力を除去することを信じます;より低く行くことはそれ以上の利点を得る他の徴候を引き起こさないかもしれません。表4は充満レベルの機能として容量を要約したものです。(すべての価値は推定されます;より高い電圧境界が付いているエネルギー細胞は逸脱するかもしれません。)

水平な充満(V/cell) 排出周期 利用できる蓄積エネルギー

表4:充満電圧限界の機能として周期および容量を排出して下さい。4.20V/cellの下のあらゆる0.10V低下は周期把握をより少ない容量倍増します。4.20V/cellの上の電圧を上げることは生命を短くします。読書は4.20V/cellに満たす規則的な李イオンを反映します。

指針:あらゆる70mV低下の担当した電圧は約10%によって使用可能な容量を下げます。

注:部分的な充満は高い特定のエネルギーの点では李イオンの利点を否定します。

[4.30] [150-250] [110-115%]
4.25 200-350 105-110%
4.20 300-500 100%
4.15 400-700 90-95%
4.10 600-1,000 85-90%
4.05 850-1,500 80-85%
4.00 1,200-2,000 70-75%
3.90 2,400-4,000 60-65%
3.80 ノートを見て下さい 35-40%
3.70 ノートを見て下さい 30%およびより少し


実験:50% SOCの減装薬のレベルを使用することが44-130%車李イオン電池の寿命の期待を高めることをチャルマース工科大学、スウェーデンは、報告します。

携帯電話、ラップトップ、タブレットおよびデジタル カメラのためのほとんどの充電器は4.20V/cellに李イオンを満たします。これは消費者はより少なくより最適のランタイム何もほしいと思わないので、最大キャパシティを可能にします。企業は、一方では、長寿についてもっと心配し、低電圧の境界を選ぶかもしれません。衛星および電気自動車はそのような例です。

安全理由のために、多くのリチウム イオンは4.20V/cellを超過できません。(あるNMCは例外です。)より高い電圧が容量を後押しする間、電圧を超過することは耐用年数を短くし、安全を妥協します。図5は充満電圧の機能としてサイクル カウントを示します。4.35Vで、規則的な李イオンのサイクル カウントは半分になります。

ある特定の適用に最も適した電圧境界を選ぶことのほかに、規則的な李イオンは延長時間の4.20V/cellの高圧天井に残るべきではないです。李イオン充電器は充満流れを消し、電池の電圧はより自然なレベルに戻ります。これは精力的な練習の後に筋肉の弛緩のようです。

李イオンをさまざまな充満および排出の帯域幅で循環させるとき図6は動的耐久度テストの(DST)反映容量の損失を説明します。大きい容量の損失は十分に満たされた李イオンを25% SoC (黒)に排出すると起こります;損失は十分に排出されたらより高いです。85のそして25% (緑)の間の循環は50%に提供しま100%まで充電しおよび排出しますより長い耐用年数を(濃紺)。最も小さい容量の損失は李イオンを75%まで充電することおよび65%への排出によって達成されます。しかしこれは十分に電池を利用しません。高温への高い電圧そして露出は電池を言われ通常状態の下で循環しますより速く低下させると。

 

礼儀:ResearchGate –細胞の寿命診断のためのリチウム イオン電池の低下の模倣。
https://www.researchgate.net/publication/303890624_Modeling_of_Lithium-Ion_Battery_Degradation_for_Cell_Life_Assessment

矛盾は表2とサイクル カウントの図6の間にあります。わかりやすい説明は電池の質で仮定の相違以外利用できないし、方法をテストします。低価格の消費者と耐久の産業等級間の変動はまた役割を担うかもしれません。容量の保持は20ºCでより高温で急速に低下します。


完全な周期だけ電池の指定エネルギーを提供します。現代エネルギー細胞によって、これは250Wh/kgですが、サイクル寿命は妥協されます。線形であるすべては60%に85-25%の人生の延長の中央エネルギーを減らし、これは250Wh/kg緩和にからの150Wh/kgに特定のエネルギー密度の一致します。携帯電話は電池の完全なエネルギーを利用する消費財です。産業装置は、EVのような85%に、普通充満を限り、25%に電池の寿命を延長するために排出します。

図7は進歩的な循環を用いる電池容量の線形腐食を仮定する外挿プログラムの使用によって李イオンの予測されたサイクル寿命を拡大するために図6からのデータを外挿法で推定します。これが本当、75%-25%のSoCの内で(青い)循環した李イオン電池は14,000の周期の後で74%容量に衰退します。この電池が同じ深さの排出(緑)と85%に満たされたら、容量は14,000の周期で64%に落ち、同じDoD (黒)の100%充満と、容量は48%に落ちます。未知の理由のために、実際の期待は模倣された模倣でより低くがちです。

 

 


李イオン電池は3つのSoCのレベルおよび模倣されるサイクル寿命に満たされます。提供される充満範囲を電池の寿命減少エネルギーを延長します限ることは。これは増加された重量およびより高いイニシャル コストに反映します。
使用する許可を使って。OriginLab著補入/外挿。

電池の製造業者は頻繁に80 DoDの電池のサイクル寿命を指定します。これは電池が正常な使用の下で充満の前に予備を保つべきであるので実用的です。(BU-501を見て下さい:排出についての基本原則、「何が排出周期」)DST(動的耐久度テスト)のサイクル カウントが電池のタイプと異なる、充満時間、負荷の議定書および実用温度を構成します。実験室試験は頻繁に分野で達成可能ではない数を得ます。

ユーザーは何をすることができますか。

単独で循環しない環境条件は、リチウム イオン電池の長寿を支配します。最も悪い状態は高温で十分に満たされた電池を保っています。電池のパックは突然死にませんが、容量が衰退すると同時にランタイムは次第に短くします。

低料金の電圧は電池の寿命を延長し、電気自動車および衛星はこれを利用します。消費者装置のための同じような準備は作るまたことができますが、これらはほとんど提供されません;計画された退行はこれを大事にします。

ラップトップ電池は充満電圧の低下によってAC格子に接続されたとき延長できます。この特徴をユーザー フレンドリーにするためには、装置は4.05V/cellで電池を保ち、約80%のSoCを提供する「長い生命」モードを特色にするべきです。走行する前の1時間、4.20V/cellに充満を持って来るユーザー要求「全能力」モード。

質問は尋ねられます、「使用中場合のか」。私は電力網から切り離します私のラップトップをべきです通常の状況でこれは李イオン電池が完全であると充満が停止するので必要なべきではないです。トッピング充満はある特定のレベルに応用時だけ電池の電圧低下です。ほとんどのユーザーは交流電力を取除かないし、この練習は安全です。

現代ラップトップはより古いモデルおよび報告された火が少数であるよりクーラーを動かします。ベッドか枕のエア冷却を用いる電気装置を動かした場合気流を妨げる物がない常に保って下さい。涼しいラップトップは電池の寿命を拡張し、内蔵部品を保護します。ほとんどの消費者製品にでまたはより少なくあったり、1C満たされるためにべきであるエネルギー細胞。十分に1時間以下の李イオンを満たすように要求するいわゆる超高速の充電器を避けて下さい。