1s リポバッテリー設計 N/P 比率

1sリポバッテリー セル設計表は、セル製品開発のための材料を開発しているエンジニアにとって必要なツールの一つです。設計表のフォーマットは会社ごとに異なることが多く、同じ会社内でも多くの種類の設計表があります。

CNHL が理解している設計表は、3つの方程式で構成されています：容量の方程式（リポバッテリーの容量に関するこの記事には詳細な紹介があり、必要な方はクリックして読むことができます：6sリチウムバッテリーの容量の理由は理解するための公式です！）、体積の方程式、N/P比の方程式。容量と体積は顧客またはプロセスによって定義されます。1sリポバッテリーのN/P比の方程式は以下のように説明されます：

1.1sリポバッテリーN/P比の定義

N/P比（負極/正極）は同段階かつ同条件で、対向する1sリポバッテリーの負極容量が正極容量を超えることを指します。実際には、これをCB（セルバランス）と呼ぶ別の言い方もあります。
1sリポバッテリーN/P計算式：
N/P = 負極活物質のグラム容量 × 負極表面密度 × 負極活物質含有率 ÷ （正極活物質のグラム容量 × 正極表面密度 × 正極活物質含有率）

2.1sリポバッテリーの充放電N/P比

同段階：1sリポバッテリーの充放電には2つの段階があり、それぞれ異なるグラム容量に対応します。1つは初回充電段階、もう1つは放電段階で、それぞれ（初回）充電N/P比と放電N/P比に対応します。
リポバッテリーの自己放電については、以下の記事で詳しく紹介しています。興味のある方はクリックしてご覧ください：
リポバッテリー3sの自己放電に関する重要情報！
1sリポバッテリー材料には初回効果、すなわち初回（クーロン）効率があることがわかっています。これは1sリポバッテリーの初回充放電容量比です。

1sリポバッテリーの初回充電過程で、材料表面にSEI膜が形成され、材料の欠陥部位が反応し、材料中の不純物も反応するなどの結果、初回充電容量 > 初回放電容量 > エージング後の放電容量となります。
エージングおよびその後の充放電サイクル後でも、1sリポバッテリーの放電容量は減衰しますが、初期段階で多くの反応が完了しています。
2段階のグラム容量には違いがあります。1つは初回充電のグラム容量、もう1つは初回効果後のグラム容量です。これらを混同すると1sリポバッテリーの設計が失敗します。
同条件：同条件はグラム容量計算にも関連します。この条件は温度、倍率、電圧範囲などの同じ試験条件を指します。

1sリポバッテリーの正極と負極のグラム容量試験条件が異なる場合、同じ式を使うと設計が失敗します。
正反対に：面密度を計算する必要があります。これは正しいことの意味です。しかし、1sリポバッテリーの極片の形状が曲がって変形している場合はどうでしょうか？つまり、外側のリングが縮み、内側のリングが伸びるとき、曲率を使って表面密度の値を補正します。これが、円筒形の1sリポバッテリーがコーティング工程中に陰陽の面を持つ理由です。

3. 1sリポバッテリーのN/P比設計時に考慮すべき要素

第一に、1sリポバッテリーのファーストエフェクト：

1sリポバッテリーのファーストエフェクトは、導電剤、接着剤、集電体、セパレーター、電解液などすべての反応物質を考慮します。しかし、1sリポバッテリーの材料サプライヤーから得られるグラム容量データは、しばしば活物質の半電気グラム容量のみを考慮しており、これが実際の全電池グラム容量と設計グラム容量の差異の原因です。

第二に、1sリポバッテリーの組立プロセス：

円筒型バッテリーと角型バッテリーのN/P比設計には違いがあり、これは主に正極と負極の接触の密着度によるものです。粉体と集電体の組み合わせも組立てとして考慮します。粉体と集電体の直接接触や粉体同士の接触もグラム容量に影響し、それが1sリポバッテリーのN/P比に影響を与える要因の一つです。

第三に、1sリポバッテリーの形成プロセス：

異なる形成プロセスもN/P比に影響を与えます。形成プロセスはグラム容量に影響を与えることでファーストエフェクトにも影響します。したがって、1sリポバッテリーのN/P比を設計する際には形成プロセスも議論すべきです。具体的な形成プロセスの影響は今後の記事で説明します。
性能要因

第四に、1sリポバッテリーのサイクル寿命：

サイクル寿命は1sリポバッテリーの性能を測る最も重要な指標の一つです。正極が急速に劣化すると、N/P比は設計より低くなり、正極は浅い充放電状態になります。逆に負極が急速に劣化すると、N/P比は高くなり、1sリポバッテリーの負極が浅い充放電状態になります。この内容は本記事の（以下）で詳しく説明します。

第五に、1sリポバッテリーの安全性：

安全性は1sリポバッテリーのサイクルよりも重要な指標です。完成品の安全性能に影響を与えるだけでなく、事前に充電されたセルの中にはリチウム析出や発熱が見られるものもあります。設計上の問題がないか見直す必要があります。
さて、上記は本日CNHLが皆様にお届けする1sリポバッテリーのN/P比に関する全内容です。全文をお読みいただいた後、皆様の1sリポバッテリーのN/P比、充放電のN/P比、そして1sリポバッテリーのN/P設計時に考慮すべき要素の定義が理解できたと信じています。さらに多くのリポバッテリー情報は以下をクリックして入手できます：
6s 6200mah リポ管理システムと6s 6200mah リポSOC