2s 5600リポバッテリーの容量低下の理由を詳しく説明してください

2s 5600 lipo batteryは、ニッケルカドミウムおよびニッケル水素2s 5600 lipo batteryに次ぐ最も急速に成長している二次2s 5600 lipo batteryです。その高エネルギー特性は将来を明るくしています。しかし、2s 5600 lipo batteryは完璧ではなく、その最大の問題は充放電サイクルの安定性です。
CNHLは、2s 5600 lipo batteryの容量低下の可能性のある原因を過充電、電解質分解、自己放電を含めてまとめて分析しています。
2s 5600 lipo batteryでは、両電極間でインターカレーション反応が起こる際に異なるインターカレーションエネルギーがあり、2s 5600 lipo batteryの最良の性能を得るためには、両ホスト電極の容量比がバランス値を維持する必要があります。
2s 5600 lipo batteryでは、容量バランスは正極と負極の質量比として表されます。
すなわち: γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+
上記の式では、Cは電極の理論的クーロン容量を指し、ΔxとΔyはそれぞれ負極と正極に埋め込まれるリチウムイオンの化学量論的数を指します。上記の式から、両極の必要な質量比は、それぞれのクーロン容量と可逆的なリチウムイオンの数に依存することがわかります。
一般的に、質量比が小さいと負極材料の利用が不完全になり、質量比が大きいと負極の過充電による安全上の危険が生じる可能性があります。要するに、最適化された質量比では、2s 5600 lipo batteryは最高の性能を発揮します。
理想的なLi-ion2s 5600 lipo batteryシステムでは、容量バランスはサイクル中に変化せず、各サイクルの初期容量は一定の値ですが、実際の状況ははるかに複雑です。リチウムイオンや電子を生成または消費する可能性のある副反応は、2s 5600 lipo batteryの容量バランスの変化を引き起こす可能性があります。2s 5600 lipo batteryの容量バランスが変化すると、その変化は不可逆的であり、複数のサイクルを通じて累積的に行われ、2s 5600 lipo batteryの性能に深刻な影響を与えます。2s 5600 lipo batteryでは、リチウムイオンが脱インターカレーションされる際に起こる酸化還元反応に加え、電解質分解、活物質の溶解、金属リチウムの析出など、多数の副反応も存在します。

理由1: 2s 5600 lipo batteryが過充電されている

1. グラファイト負極の過充電反応:
2s 5600 lipoバッテリーが過充電されると、リチウムイオンは容易に還元されて負極表面に析出します：
析出したリチウムが負極表面を覆い、リチウムのインターカレーションを妨げます。これにより、放電効率の低下と容量損失が生じます。
① リサイクル可能なリチウムの量を減少させます;
② 析出した金属リチウムは溶媒や支持電解質と反応してLi2CO3、LiFまたはその他の生成物を形成します;
③ 金属リチウムは通常、負極とセパレーターの間に形成され、セパレーターの孔を塞ぎ、2s 5600 lipoバッテリーの内部抵抗を増加させる可能性があります;
④ リチウムは非常に活性が高いため、電解質と反応して電解質を消費し、放電効率の低下と容量損失を引き起こします。
急速充電では電流密度が大きすぎて負極が強く分極し、リチウムの析出がより顕著になります。これは正極活物質が負極活物質に対して過剰な場合に起こりやすいです。しかし、高速充電の場合、正負活物質の比率が正常でも金属リチウムの析出が起こることがあります。
リチウム電池の過充電については、以下を参照してください：Lipo battery 4s charging and discharging principle, be sure to store it well!
2. 正極の過充電反応
正極活物質と負極活物質の比率が低すぎると、正極の過充電が起こりやすくなります。
正極の過充電による容量低下は主に電気化学的に不活性な物質（Co3O4、Mn2O3など）の生成によるもので、これが電極間の容量バランスを破壊し、容量低下は不可逆的です。
(1) LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2 y<0.4
同時に、密封された2s 5600 lipoバッテリー内で正極材料の分解によって発生した酸素が再結合反応（例えばH2Oの生成）がないために蓄積し、電解質の分解によって発生した可燃性ガスとともに、想像を絶する結果をもたらします。
(2) λ-MnO2
リチウムマンガン酸化物が完全に脱リチウム化されると、リチウム-マンガン反応が起こります：λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3. 過充電時の電解質の酸化
圧力が4.5Vを超えると、電解質が酸化されて不溶物（Li2Co3など）やガスが発生します。これらの不溶物は電極の微細孔を塞ぎ、リチウムイオンの移動を妨げるため、サイクル中の容量低下を引き起こします。
酸化速度に影響を与える要因:
正極材料の表面積
集電体材料
添加された導電剤（カーボンブラックなど）
カーボンブラックの種類と表面積
より一般的に使用される電解質の中で、EC/DMCは最も高い酸化耐性を持つと考えられています。溶液の電気化学的酸化過程は一般に次のように表されます: 溶液→酸化生成物（ガス、溶液および固体）+ ne-
任意の溶媒の酸化は電解質濃度を増加させ、電解質の安定性を低下させ、最終的に2s 5600 lipo バッテリーの容量に影響を与えます。充電ごとに少量の電解質が消費されると仮定すると、2s 5600 lipo バッテリーの組み立て時にはより多くの電解質が必要になります。一定の容器の場合、これは活性物質の量が少なくなることを意味し、初期容量の低下を招きます。さらに、固体生成物が生成されると、電極表面に不動態膜が形成され、2s 5600 lipo バッテリーの分極が増加し、出力電圧が低下します。

理由2: 2s 5600 lipo バッテリー電解質の分解（還元）

私は電極上で分解します
1. 正極上での電解質の分解:
電解質は溶媒と支持電解質で構成されています。正極の分解後、Li2Co3やLiFなどの不溶性生成物が通常形成され、これらは電極の孔を塞ぐことで2s 5600 lipo バッテリーの容量を低下させます。電解質の還元反応は2s 5600 lipo バッテリーの容量とサイクル寿命に影響を与え、悪影響を及ぼします。また、還元によって発生するガスは2s 5600 lipo バッテリーの内部圧力を上昇させ、安全性の問題を引き起こします。
正極の分解電圧は通常4.5V（vs. Li/Li+）以上であるため、正極上で容易に分解しません。逆に、電解質は負極上でより容易に分解します。
リチウム電池電解質に関する以下の記事には詳細な紹介があり、興味のある方は参照してください:
Cnhl 6s lipo バッテリー電解質、実用機能とクラシックシステム構築
2. 負極上での電解質の分解:
電解質はグラファイトや他のリチウム挿入カーボン負極上で安定せず、不可逆容量を生成しやすい反応を起こします。初期の充放電中に、電解質の分解により電極表面に不動態膜が形成され、この不動態膜が電解質とカーボン負極を分離して電解質のさらなる分解を防ぎます。これにより、カーボン負極の構造安定性が維持されます。理想的な条件下では、電解質の還元は不動態膜形成段階に限定され、この過程はサイクルが安定しているときには起こりません。
不動態膜の形成
電解質塩の還元は不動態膜の形成に関与し、不動態膜の安定化に有益ですが
(1) 還元によって生成される不溶性物質は、溶媒還元生成物に悪影響を及ぼします；
(2) 電解質塩が減少すると電解質の濃度が低下し、最終的に2s 5600 lipo バッテリーの容量損失を引き起こします（LiPF6はLiF、LixPF5-x、PF3OおよびPF3に還元されます）；
(3) 不動態膜の形成はリチウムイオンを消費し、これが両電極間の容量不均衡を引き起こし、2s 5600 lipo バッテリー全体の比容量を低下させます。
(4) 不動態膜に亀裂がある場合、溶媒分子が浸透して不動態膜を厚くし、これによりリチウムの消費が増えるだけでなく、炭素表面の微細孔を塞ぐ可能性があり、リチウムの挿入および抽出ができなくなり、不可逆的な容量損失を引き起こします。電解質にCO2、N2O、CO、SO2などの無機添加剤を加えると、不動態膜の形成を促進し、溶媒の共挿入および分解を抑制できます。クラウンエーテル有機添加剤の添加も同様の効果があります。12クラウンと4エーテルが最適です。
膜容量損失の要因:
(1) プロセスで使用される炭素の種類;
(2) 電解質の組成;
(3) 電極または電解質中の添加剤。
Blyrは、イオン交換反応が活物質粒子の表面からコアへ進行し、新たに形成された相が元の活物質を覆い、粒子表面にイオンおよび電子伝導性の低い不動態膜が形成されると考えています。そのため、保存後のスピネルは保存前よりも大きな分極を示します。
Zhangは、表面の不動態被膜の抵抗がサイクル数の増加とともに増加し、界面容量が減少することを発見しました。これは、不動態被膜の厚さがサイクル数の増加とともに増加することを反映しています。マンガンの溶解と電解質の分解が不動態膜の形成を引き起こし、高温条件はこれらの反応の進行により適しています。これにより、活物質粒子間の接触抵抗とLi+の移動抵抗が増加し、2s 5600 lipo バッテリーの分極が増加し、充放電が不完全となり、容量が低下します。

II 電解質の還元メカニズム
電解質にはしばしば酸素、水、二酸化炭素およびその他の不純物が含まれており、2s 5600 lipo バッテリーの充放電過程で酸化還元反応が起こります。
電解質の還元メカニズムは、溶媒還元、電解質還元、不純物還元の3つの側面を含みます:
1. 溶媒の還元
PCおよびECの還元は一電子反応と二電子反応の過程を含み、二電子反応はLi2CO3を形成します：
Fongらは、最初の放電過程で電極電位が0.8V（Li/Li+に対して）に近づいたとき、グラファイト上でPC/ECの電気化学反応が起こり、CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g)とLiCO3(s)を生成し、グラファイト電極で不可逆的容量損失を引き起こすと考えました。
Aurbachらは、リチウム金属電極および炭素系電極上での様々な電解質の還元機構と生成物について広範な研究を行い、PCの一電子反応機構がROCO2Liとプロピレンを生成することを発見しました。ROCO2Liは微量の水に非常に敏感であり、微量の水が存在すると主な生成物はLi2CO3とプロピレンですが、乾燥条件下ではLi2CO3は生成されません。
DECの回復：

Ein-Eli Yは、ジエチルカーボネート（DEC）とジメチルカーボネート（DMC）を混合した電解質が2s 5600 lipo battery内で交換反応を起こし、エチルメチルカーボネート（EMC）を生成し、容量損失にいくらか影響を与えることを報告しました。
2. 電解質の還元
電解質の還元反応は一般的に炭素電極表面膜の形成に関与すると考えられているため、その種類と濃度は炭素電極の性能に影響を与えます。場合によっては、電解質の還元は炭素表面の安定化に寄与し、望ましいパッシベーション層を形成することができます。
(3) 溶媒中の酸素の存在もLi2Oを形成します
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O

金属リチウムと完全にインターカレーションされた炭素間の電位差が小さいため、炭素上の電解質の還元はリチウム上の還元に類似しています。

理由3：2s 5600 lipo batteryの自己放電

自己放電とは、2s 5600 lipo batteryが使用されていないときに自然に容量が失われる現象を指します。2s 5600 lipo batteryの自己放電（以下の記事でlipo batteryの自己放電について詳しく紹介しています：lipo battery 3s 自己放電の詳細！）は、二つの場合で容量損失を引き起こします：
一つは可逆的容量損失です；
二つ目は不可逆的容量損失です。
可逆的な容量損失とは、失われた容量が充電中に回復可能であることを意味し、不可逆的な容量損失はその逆です。正極と負極は、充電状態のmicro-2s 5600 lipo batteryの電解質と相互作用し、リチウムイオンのインターカレーションとデインターカレーションを引き起こす可能性があります。インターカレーションおよびデインターカレーションされたリチウムイオンは電解質のリチウムイオンにのみ関連しているため、正極と負極の容量は不均衡であり、この部分の容量損失は充電中に回復できません。例として：
リチウムマンガン酸化物正極と溶媒はマイクロ2s 5600 リポバッテリー効果を持ち、自己放電と不可逆的容量損失を引き起こします:
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
溶媒分子（例えばPC）は、導電材料のカーボンブラックまたは集電体の表面でマイクロ2s 5600 リポバッテリーの負極として酸化されます:
xPC→xPC-ラジカル+xe-
同様に、負極活性材料は電解質と反応して自己放電を引き起こし、不可逆的な容量損失をもたらす可能性があり、電解質（例えばLiPF6）は導電材料上で還元されます:
PF5+xe-→PF5-x
充電状態のリチウムカーバイドは、マイクロ2s 5600 リポバッテリーの負極としてリチウムイオンを除去して酸化されます:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
自己放電に影響を与える要因：正極材料の製造プロセス、2s 5600 リポバッテリーの製造プロセス、電解質の特性、温度、および時間。
自己放電率は主に溶媒の酸化速度によって制御されるため、溶媒の安定性が2s 5600 リポバッテリーの保存寿命に影響します。
溶媒の酸化は主にカーボンブラックの表面で起こり、カーボンブラックの表面積を減らすことで自己放電率を制御できますが、LiMn2O4正極材料の場合、活性材料の表面積を減らすことも同様に重要であり、溶媒酸化における集電体表面の役割も無視できません。
2s 5600 リポバッテリーのセパレーターを通る電流漏れもLi-ion 2s 5600 リポバッテリーの自己放電を引き起こす可能性がありますが、このプロセスはセパレーターの抵抗によって制限され、非常に低い速度で発生し温度に依存しません。2s 5600 リポバッテリーの自己放電率が強く温度依存であることを考慮すると、このプロセスは自己放電の主なメカニズムではありません。
負極が完全に充電された状態で正極が自己放電すると、2s 5600 リポバッテリーの容量バランスが崩れ、永久的な容量損失が生じます。

長時間または頻繁な自己放電中に、リチウムが炭素上に析出し、電極間の容量不均衡を増加させる可能性があります。
Pistoiaらは、さまざまな電解質中で3つの主要な金属酸化物正極の自己放電率を比較し、自己放電率が電解質によって異なることを発見しました。自己放電による酸化生成物が電極材料の微細孔を塞ぎ、リチウムの挿入と抽出を困難にし、内部抵抗を増加させ放電効率を低下させ、不可逆的な容量損失を引き起こすことが指摘されています。
リチウム電池の詳細については、以下をクリックしてください:
5600mah 2s リポバッテリーモデリングの基本