三元系リチウム電池の総合ガイド

リチウム電池の使用は近年指数関数的に増加しており、世界市場は 2027 年までに 1 兆 4,000 億米ドルに達すると予想されています。三元系リチウム電池は、信頼性が高く効率的なエネルギー貯蔵ソリューションを求める人々にとってますます人気のある選択肢となっています。この包括的なガイドでは、この重要なテクノロジの詳細な概要を説明し、他のオプションと比較した利点を検証し、最適な展開方法に関する実践的なアドバイスを提供します。

三進法 リチウム電池にはいくつかの利点があります これには、従来の鉛酸またはニッケルカドミウム技術と比較した場合の安全性の向上、パフォーマンスの向上、および費用対効果が含まれます。また、そのフォームファクターにより高度なモジュール化と拡張性があり、小規模アプリケーションから大規模な産業設備まで幅広い電力要件を満たすことができます。

関連する基本原理と自由に利用できるリソースを理解して読者を武装させることにより、エネルギー貯蔵技術のこのエキサイティングな新しい開発についてより多くの情報を求めるすべての人に自信を与えることを願っています.

 

三元系リチウム電池とは？

三項 リチウム バッテリーは、動作に 3 つの異なるコンポーネントを使用する充電式バッテリーの一種です。発電には電解質、カソード、アノード材料が使用されます。このタイプのバッテリーは、エネルギー密度が高く、急速充電機能があるため、従来の鉛酸バッテリーに比べて利点があります。現在市場に出ている三元系リチウム電池の大部分は、ニッケル塩、コバルト塩、マンガン塩から作られています。

これらのセルの動作原理には、電解質、アノード、およびカソードが互いに接触している場合の化学反応の利用が含まれます。帯電すると、正に帯電したイオンは液体電解質を通って負電極に向かって移動しますが、負に帯電したイオンは同じ経路を逆に正電極に向かって移動します。このプロセスにより、電源として使用できる電流が生成されます。さらに、三元系リチウム電池は、対応するものよりも自己放電率が低いため、充電容量を失うことなく、より長い貯蔵寿命を提供します。

 

三元リチウム技術パラメータ

指標	パラメータ
公称電圧	3.7V
使用電圧	3.6～4.3V
エネルギー密度	170～200Wh/kg
標準放電連続電流	0.2c
最大放電連続電流	1C
過充電保護電圧	4.325±0.025V
過放電保護電圧	2.5±0.05V
使用温度範囲	–20～60℃
サイクルライフ	800

 

三元系リチウム電池の利点

(1) 良好な低温性能

「25°C での相対容量」とは、25°C での放電容量に対するさまざまな温度での放電容量の比率を指します。

この値は、さまざまな温度条件下でのバッテリー寿命の減衰を正確に反映できます。 100%に近いほどバッテリー性能が良い。

下図の実験から、温度が25℃を基準としたとき、三元系リチウム電池の放電性能が最も優れていることがわかります。

-20°C の低温でも、70% 以上の放電容量を維持できますが、他のリチウムイオン電池は最大 50%-60% の容量を維持できます。

温度(℃)	容量(ああ)	放電台(V)	25°Cでの相対容量
55	8.581	3.668	96.36%
25	8.636	3.703	100%
-20	6.058	3.411	70.14%

 

(2) 高エネルギー密度

現在、関連データによると、三元材料18650円筒形電池のエネルギー密度は232Wh/kgに達しており、将来的には293Wh/kgまで増加し続けるでしょう。

さらに、家庭用電気自動車の場合、エネルギー密度の低いバッテリーは、より多くのスペースを占有するだけでなく、重量も増し、使用時のバッテリー寿命に大きな影響を与えます。

したがって、相対的に言えば、三元リチウム電池は他の電池よりも多くのスペースを節約し、同時に過剰な重量の問題を解決します。

 

(3) 充電効率の向上

現在、市場でより一般的な充電方法は、定電流および定電圧充電です。通常、充電初期は定電流充電を行います。このとき、電流は大きくなり、充電効率は比較的高くなります。電圧が一定の値に達したら、電流を減らして定電圧充電に切り替え、バッテリーをより完全に充電できるようにします。

下の表から、三元リチウム電池が10C未満で充電されている場合、定電流比に明らかな違いがないことがわかります。レートが 10C を超えて充電された場合でも、50% を超える一定の電流比を維持できますが、他のバッテリは 10C レートを超えて充電することさえできません。

充電電流 (Ah)	定電流容量（Ah）	総容量 (Ah)	定電流容量/総容量
7.50	8.21	8.62	95.24%
37.50	7.17	8.54	84.01%
75.00	6.42	8.58	74.82%
112.50	5.65	8.60	65.71%
150.00	4.55	8.62	52.75%

 

三元系リチウム電池の欠点

三元リチウム電池には、実装前に考慮しなければならないいくつかの欠点があります。これらの中で最も一般的なのは、コスト、寿命、および安全性に関する懸念です。

• 高コスト: 従来のリチウムイオン化学と比較して、三元リチウム電池の価格は比較的高いです。
• 短い寿命: 三元リチウム電池の寿命は通常、他のタイプの再充電可能な化学電池よりも短く、約 500 ～ 800 サイクルの寿命しかありません。
• 安全性が低い: 三元系リチウム電池ではさまざまな電極材料が使用されているため、さまざまな温度でさまざまな程度の化学反応が発生するため、熱暴走のリスクが高くなります。さらに、動作中および充電中に他の化学物質よりも大幅に多くの熱を発生するため、特定の環境で使用する場合は追加の冷却が必要になる場合があります。

 

三元系リチウム電池と他の電池の比較

リチウム イオン電池には、リチウム ポリマー電池 (Li-PO)、lifepo4 電池 (LFP)、および三元リチウム電池 (NCM) があります。

(1) エネルギー密度比較

三元リチウム電池と LiFePO4 電池は、充電式電池の 2 つの一般的なタイプです。特定のアプリケーションに使用するバッテリーのタイプを決定する際には、エネルギー密度を考慮することが重要です。三元リチウム電池は、LiFePO4 電池よりもエネルギー密度が高いため、同じスペースでより多くの電力を蓄えることができます。これにより、サイズや重量の制約によって利用可能な容量が制限されるアプリケーションに最適です。

エネルギー密度は、温度、充電率、充電速度などの他の要因によっても変化します。 放電の深さ。一般に、三元リチウム電池は、さまざまな条件下で LiFePO4 電池よりも高いエネルギー密度を維持する傾向があります。これにより、容量や安定性を犠牲にすることなく、長期間にわたってより高いレベルのパフォーマンスを提供できるようになります。その結果、長期間にわたって一貫して高出力を必要とするアプリケーションに選択されることがよくあります。

(2) 安全性の比較

三元リチウム電池の液体電解質は可燃性で爆発性があります。長時間使用すると熱暴走を起こしやすく、充放電時のリチウムデンドライトの成長はセパレーターを突き破りやすく、バッテリーの短絡を引き起こし、安全上の問題を引き起こします。

リン酸鉄リチウム電池は、耐熱性が高く、安全性と安定性が高く、実際の使用におけるサイクル性能が優れているという利点があります。

(3) 耐低温性

まず、極端な温度にさらされた場合、三元リチウム電池は lifepo4 電池よりも耐性が高いことが知られています。特に、極端に低い温度でうまくいく傾向があります。どちらのタイプも -20°C 付近 (またはそれ以下) でピーク放電率に達しますが、lifepo4 電池と比較すると、三元リチウム電池はより高い電圧レベルを維持するだけでなく、自己放電率もはるかに低くなります。これにより、寒冷な気候が存在する可能性がある冬季または北極圏での運用中の信頼性と安定性が向上します。

(4) 寿命比較

三元系リチウム電池と LiFePO4 電池を比較する場合、電池のライフサイクルは考慮すべき重要な要素です。容量が特定のレベルを下回る前にセルが耐えることができる充電サイクルの数によって、特定の条件下で電池がどれくらい持続するかが決まります。三元リチウム電池のサイクル寿命は、LiFePO4 よりわずかに短く、一般に 500 ～ 800 サイクルしかないと予想されます。比較すると、LiFePO4 は 1000 ～ 5000 サイクルを提供します。この違いは、温度などの他の要因の影響を受ける可能性がありますが、通常はそれほど重要ではありません。

(5) 費用

三元系リチウム電池の正極材料に含まれる「コバルト元素」は貴金属であり、コストが高く、三元系リチウム電池の寿命が短く、さらにコストが高くなります。 lifepo4 バッテリーには貴金属材料が含まれていないため、原材料のコストを非常に低く抑えることができます。バッテリーパックはlifepo4で構成され、バッテリーセルは比較的シンプルで、補助機器はあまり保護する必要がありません。そのため、三元系リチウム電池は一般的に lifepo4 電池よりも高価です。

 

三元リチウム電池を正しく充電するには？

ターナリーの充電 リチウム電池はメンテナンスの重要な部分です。バッテリーが最適に動作し、健全な状態を維持するには、正しい充電方法を理解することが不可欠です。

以下は、ターナリを充電する際の重要な考慮事項です。 リチウム電池：
- 特定のモデルのバッテリーに適した充電器を使用して充電してください - モデルによって要件が異なります。
- 充電中は温度を注意深く監視してください。過熱は恒久的な損傷や火災の危険にさえつながる可能性があります。
- 避ける 過充電 これは、サイクル寿命のパフォーマンスを大幅に低下させるためです。
- 電圧が常に指定範囲内にあることを確認してください。それらの範囲外では、壊滅的な障害が発生する可能性があります。

また、充電状態 (SOC) またはその他のパラメーターをリアルタイムで監視し、値がしきい値レベルを超えたり大幅に下回ったりした場合に警告を発する専用のソフトウェアを使用することをお勧めします。これにより、バッテリーの充電中に、安全性、容量損失、寿命などに関連する状態を追跡できます。さらに、内部パラメータ測定値を頻繁に校正することで、変更をより正確に追跡し、プロセス全体をより適切に制御できます。

充電の正しい手順には、セルに液体が入っていないことを確認する、バッテリーの修理または交換が必要かどうかを確認する、充電器に接続する前に接点を適切にクリーニングするなどの適切な準備が含まれている必要があります。また、非常に重要なのは充電後の監視で、電源から切り離した後、定期的に読み取り値に異常や不一致がないかどうかを監視することです。検出された場合は、資格のある担当者が直ちに対処する必要があります。三元リチウム電池を適切に手入れすることで、動作寿命を大幅に延ばし、不適切な使用や取り扱いミスによる劣化を防ぐことができます。

 

三元リチウム電池は安全ですか?

三元系リチウム電池の使用を検討する場合、安全性は最優先事項です。それらは、消費者、企業、およびその他の組織にとって、信頼性、耐久性、および安全性が高くなるように設計されています。操作中の安全性を確保するために、いくつかの対策が講じられています。

第 1 に、過充電保護デバイス (OCP)、電流制限回路 (CLC)、および温度制御システム (TCS) などの機能は、充電または放電サイクル中の過度の熱の蓄積を防ぐのに役立ちます。さらに、これらのコンポーネントの多くは、火災や爆発による潜在的な損傷からさらに保護する難燃性化学物質を含む耐火材料で作られています。

さらに、すべての三元リチウム電池セルは、市場に発売される前に厳格な品質保証テストに合格する必要があります。これには、短絡抵抗のテストが含まれます。負荷時の電圧安定性。 サイクル寿命性能。充放電特性。動作温度と耐衝撃力などの安全パラメータ.

厳格な製造基準と高度な内蔵保護メカニズムの組み合わせにより、ユーザーは三元リチウム電池パックの安全な機能に自信を持つことができます。この固有のレベルのセキュリティに加えて、安全性と寿命を最大化するために、適切な使用手順に常に正しく従う必要があります。

 

三元系リチウム電池の保管方法は？

寿命と性能を最大限に引き出すには、三元リチウム電池を適切に保管する必要があります。バッテリーを保管する際の温度が高すぎたり低すぎたりすると、取り返しのつかない損傷を引き起こす可能性があるため、温度が主な要因です。したがって、すべての三元リチウム電池は、理想的には 10 ～ 40°C (50 ～ 104°F) で保管する必要があります。これらの細胞を直射日光やその他の熱源や極端な寒さから遠ざけることも重要です.

さらに、保管中にバッテリが 10% 充電状態 (SoC) を下回らないようにすることが不可欠です。これにより、深い放電サイクルによる永久的な容量損失を防ぐことができます。最大限の安全性を確保するために、長期保管モードに入る前に、充電レベルを 50% SoC より上に維持する必要があります。さらに、それらを 1 か月未満の短期間保管する場合、充電レベルは 20% を超えないようにする必要があります。これらの予防措置により、バッテリが寿命全体にわたって健全な状態を保つことが保証されます。

 

三元系リチウム電池の応用分野

(1) 電気自動車分野

近年、電気自動車製造業界は現在の政策によって推進されており、リチウムイオンのコストは低下し続けており、リチウムイオン電池のアプリケーションの置き換えプロセスが加速しています。

電気自動車用リチウム電池のキータイプは、三元電池とそのリン酸リチウムイオンハイブリッドシステムの二次電池です。電気自動車の開発動向は、三元ポリマー電池の販売市場を促進します。

(2) 蓄電技術産業

現在、私の国のエネルギー貯蔵リチウム電池の販売市場はまだ発展段階にあり、エネルギー貯蔵リチウム電池は主に lifepo4 バッテリー、および三元電池のアプリケーションが少なく、現在のエネルギー貯蔵リチウム電池の販売市場の発展傾向は比較的限られています。

の発展傾向に伴い、 エネルギー貯蔵用リチウム電池 今後の経済は急速な成長過程に入ります。同社のエネルギー貯蔵技術が三元電池の市場シェアを拡大するにつれて、エネルギー貯蔵リチウム電池業界における三元材料の売上高は相対的に増加するだろう。

(3) 掃除ロボット、ドローン、スマートウェアラブルデバイスなどの分野

現在、生活水準の向上、家計消費の着実な成長、および消費習慣の改善に伴い、インテリジェント掃除ロボット、ドローン、スマートウェアラブルデバイスなどの新製品が際限なく登場しています。

三元物質循環システムの特性、耐熱性、安全率、およびその価格の利点、作業容量の相対密度、その他の利点と危険性の漸進的な改善により。

(4) 空気圧工具産業

現在、空気圧工具の市場化は、従来の空気圧工具をリチウム電動工具に置き換え、単一の空気圧工具の出力を増加させ、リチウム電化製品の出力を拡大するという全プロセスを経てきました。

三元電池は空気圧工具で使用され、特にほとんどの中型および低価格の空気圧工具は三元材料で作られています。

 

三元系リチウム電池のリサイクル

三元系リチウム電池のリサイクルは、主にコバルトやリチウムなどの比較的価値の高い非鉄重金属を抽出することです。

同時に、環境汚染を軽減し、グリーン、低炭素、省エネ、環境保護の政策要件にも対応します。

このようにして、経済的および環境的利益が顕著であると同時に、資源不足および環境汚染の問題が解決されます。

廃止された三元リチウム電池電極湿式回収プロセスの主なステップには、前処理、前処理、有価金属の浸出、および有価金属の分離と抽出が含まれます。

前処理

つまり、廃棄物三成分を物理的に排出し、分解することです。 リチウム電池.

使用済みのリチウム イオン バッテリーの充電状態にはばらつきがあり、残存電力の程度も異なります。リチウムイオン電池は充電された状態であり、分解すると自然発火、短絡、爆発などの危険な現象が発生しやすくなります。

したがって、安全の観点から、分解する前にバッテリーを完全に放電する必要があります。

方法 1: 充放電器で物理放電を行います。

方法 2: 一定濃度の食塩水に浸して完全放電させます。

完全に放電した電池パックを単セルに分解・選別し、単セルを電池ケース、電極、ダイヤフラムなどに選別します。

 

三元系リチウム電池の今後の展開

三元系リチウム電池は、その優れた性能、コンパクトな形状、長いサイクル寿命により、電池業界で主流となっています。このように、多くの 世界のトップリチウム電池メーカー 各社は三元系リチウム電池技術の研究開発に多額の投資を行っており、より高いエネルギー密度を実現するための設計の最適化にますます重点を置いています。安全プロトコルと材料科学が継続的に改善されているため、おそらく次のことが考えられます。 将来世代の三元系リチウム電池はさらに強力になる 既存モデルよりも。

三元リチウム電池の軽量特性を維持しながら性能を向上させるために、さまざまな戦略を採用することができます。たとえば、より重いコンポーネントをより軽いものに交換したり、高度な電解質配合を使用したりすることで、効率が向上し、充電時間が短縮される可能性があります。さらに、研究者は、カソード材料に組み込まれた添加剤が、出力を増加させ、充電容量を最大化するのにどのように役立つかを調査しています。最後に、新しいポリマーで構成されるバインダー システムは、現在の設計で使用されている従来のバインダーと比較して、より高い安定性を提供する可能性があります。

次世代の三元系リチウム電池の開発に関しては、探索する価値のある有望な道がたくさんあることは明らかです。この分野での継続的な革新により、消費者向け電子機器から自動車のパワートレインに至るまで、さまざまなアプリケーションにより適した新製品が市場に投入されることは間違いありません。信頼できるエネルギー源に対する私たちのますます高まるニーズに対応できる効率的なソリューションを構築するための絶え間ない努力により、これらの進歩は時間の経過とともに社会全体に確実に利益をもたらします.

 

要約する

三元系リチウム電池は、近年注目を集めている有望な技術です。この記事では、読者に技術の包括的な理解を提供するために、その利点、欠点、および適用分野の概要を説明しました。また、このタイプのバッテリーの電解質組成、保管要件、およびリサイクル オプションについても説明しました。

2030 年までに、ターナリの世界市場規模は、 リチウム電池は7倍の$180億ドルに達する 今日の市場価値よりも高い。この大幅な成長は、これらのバッテリーに関連する潜在的な利点を認識している研究者や企業の関心が高まっていることを示しています。

結論として、三元系リチウム電池は、再生可能エネルギーと電源に関心のある人々に刺激的な機会を提供します。企業は、その特性を慎重に検討することで、それらを自社の業務や製品に組み込む最善の方法について十分な情報に基づいた決定を下すことができます。研究者は、この最先端技術の可能性を完全に実現するために、既存の設計を改善する方法と新しいアプリケーションを作成する方法を引き続き模索する必要があります。

 

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