スクエア6s 22.2v リポバッテリーについてどれくらい知っていますか？

形状別分類 正方形の6s 22.2v リポバッテリーには、正方形、円筒形、薄型の3種類があります。正方形の6s 22.2vリポバッテリーには多くの種類があり、主に携帯電話、デジタルカメラなどの分野で使用されています。円筒形の正方形6s 22.2vリポバッテリーには現在、18650（18mm×65mm）、26650（26mm×65mm）、21700（21mm×70mm）の3モデルがあり、主にノートパソコンや電動工具の分野で使用されています。シート状の正方形6s 22.2vリポバッテリーは、コンピューターやカメラの薄型化要求に応えられます。本日、CNHLは正方形6s 22.2vリポバッテリーに関する知識を詳しく紹介します。

1. 正方形6s 22.2vリポバッテリーの構成要素

典型的な正方形6s 22.2vリポバッテリーの主な構成要素には、トップカバー、ケース、正極板、負極板、ダイアフラムで構成された積層または巻き取り、絶縁部品、安全部品が含まれます。その中で、2つの安全構造が含まれています：針安全装置（NSD）と過充電安全装置（OSD）です。NSDは、銅箔などの金属層を巻きの最外層に追加します。針刺しが発生した場合、針刺し位置で発生する局所的な高電流を銅箔の広い面積で迅速に分散させ、針刺し位置の局所的な過熱を防ぎ、熱暴走の発生を遅らせることができます。

OSD安全設計は多くの正方形6s 22.2vリポバッテリーで見られます。一般的に、金属板とヒューズ（溶断体）が使用されます。溶断体は正極集電体に設計されることがあります。過充電時に、正方形6s 22.2vリポバッテリーの内部圧力がOSDを作動させ内部短絡を引き起こし、瞬間的な高電流が発生して溶断体を溶かし、正方形6s 22.2vリポバッテリーの内部電流ループを遮断します。ケースは一般的に鋼製またはアルミ製です。市場のエネルギー密度追求と生産プロセスの進歩により、アルミ製ケースが徐々に主流になっています。

2. 正方形6s 22.2vリポバッテリーの特徴

正方形6s 22.2vリポバッテリーの利点：高いパッケージ信頼性；高いシステムエネルギー効率；比較的軽量で高いエネルギー密度；エネルギー密度の重要な選択肢；単セル容量が大きい場合、システム構成が比較的簡単で、単セルを一つずつ監視可能；シンプルなシステムのもう一つの利点は比較的良好な安定性です。
正方形6s 22.2vリポバッテリーの欠点：製品のサイズに応じてカスタマイズ可能なため、市場には数千のモデルが存在し、モデルが多すぎてプロセスの統一が困難；生産の自動化レベルが高くなく、単セルがかなり異なる。大規模な応用では、システム寿命が単セルの寿命よりかなり短い問題があります。国家推奨規格GB/T 34013-2017「電動車両用電力貯蔵正方形6s 22.2vリポバッテリー製品仕様および寸法」では、正方形6s 22.2vリポバッテリーの寸法を8シリーズ示しています。

バッテリーセルのサイズ指導は短期的には特に明確な効果がないかもしれません。一部の人は指導が業界の発展を制限すると考え、製品サイズの変更はバッテリーセル生産の金型や工具の問題だけでなく、その影響も非常に大きいと考えています。しかし、推奨規格として、新しい生産能力の準備や生産ラインの調整の傾向をメーカーに示すことができれば、長期的には規格とサイズの逐次的な発展を促進することは避けられません。

セルとモジュールの一貫性は、カスケード利用の実現の前提です。正方形6s 22.2vリポバッテリーは円筒形バッテリーより容量増加が容易で、容量増加の過程での制約が少ない。システム内のセル数が少ないことは正方形6s 22.2vリポバッテリーの重要な競争力の一つであるべきです。しかし、単セルの体積が増加すると、側面の膨張、放熱の困難、不均一性の増加などの問題が生じ、発展を妨げます。以下に正方形6s 22.2vリポバッテリーの典型的な問題と解決策を紹介します。

3. 正方形6s 22.2vリポバッテリーの典型的な問題と解決策

(1) 側面膨張問題 正方形6s 22.2vリポバッテリーは充放電過程で内部に一定の圧力があります（経験データは0.3-0.6MPa）。同じ圧力下で、応力面積が大きいほど、正方形6s 22.2vリポバッテリーのケース壁の変形が深刻になります。液体正方形6s 22.2vリポバッテリーの最初の充放電過程で、電極材料と電解液が固液界面で反応し、電極材料の表面を覆う不動態層を形成します。形成された不動態膜は溶媒分子の通過を効果的に防ぎますが、リチウムイオンは不動態層を自由に埋め込み・脱埋込みでき、固体電解質の特性を持つため、この不動態膜は固体電解質界面（Solid Electrolyte Interface, SEI）膜と呼ばれます。

正方形6s 22.2vリポバッテリーの膨張の重要な原因は：
① SEI膜形成時にガスが発生し、正方形6s 22.2vリポバッテリー内の気圧が上昇。正方形6s 22.2vリポバッテリーの平坦構造の耐圧性が低いため、ケースが変形する。
② 充電時に電極材料の格子パラメータが変化し、電極が膨張し、その膨張力がケースに作用し、正方形6s 22.2vリポバッテリーのケースが変形する。
③ 高温保存時に少量の電気分解と温度効果によるガス圧上昇が正方形6s 22.2vリポバッテリーのケース変形を引き起こす。上記3つの理由の中で、電極の膨張によるケースの膨張が最も重要です。

正方形6s 22.2vリポバッテリーの膨張問題は一般的な問題で、特に大容量の正方形6s 22.2vリポバッテリーでより深刻です。膨張は内部抵抗と局所的な電解液の枯渇やケース破損を増加させ、正方形6s 22.2vリポバッテリーの安全性能とサイクル寿命に深刻な影響を与えます。
解決策：
① 小型構造を採用してケース強度を強化する；
② 配列を最適化する。上記2つの方法で正方形6s 22.2vリポバッテリーの膨張問題を効果的に解決できます。ケース強化は元の平面ケースを補強構造に設計し、ケース内部を押すことで強化構造設計の効果をテストします。固定方法（長さ方向固定と幅方向固定）によるテストで、強化構造の効果が明確に観察されます。幅方向固定の例では、0.3MPaの圧力下で、強化構造付きケースの変形は3.2mm、強化構造なしは4.1mmで、変形量が20%以上減少しました。モジュール内のセルの配列が異なれば、厚さ方向の変形も異なります。配列の最適化は、変形が最小の配列を比較選択することです。

(2) 大型正方形6s 22.2vリポバッテリーの放熱性能の劣化 単セルの体積が増加するにつれて、正方形6s 22.2vリポバッテリー内部の発熱部からケースまでの距離が遠くなり、伝導媒体と界面が増え、放熱が困難になり、単セルの熱分布の不均一性が顕著になります。清華大学物理学科の呉偉雄らが研究を行いました。実験には3.2V/12Ahの正方形6s 22.2vリポバッテリーを使用し、充放電装置は新威CT-3001W-50V120-ANTFを使用。過程中の周囲温度は31°C、放熱方法は空冷で、温度検査機器で正方形6s 22.2vリポバッテリーの温度変化を記録しました。

実験手順は以下の通りです：
1) 定電流充電、12Aの電流で正方形6s 22.2vリポバッテリーを充電し、充電カットオフ電圧3.65Vに達するまで。
2) 充電後1時間放置し、正方形6s 22.2vリポバッテリーを安定させる。
3) 定電流放電、異なる率で放電カットオフ電圧2Vまで放電。放電率はそれぞれ1C、2C、3C、4C、5C、6Cに設定。

異なる放電率で、正方形6s 22.2vリポバッテリーの表面温度が変化します。率が上がるにつれて温度も上昇します。各放電率に対応する最大表面温度はそれぞれ38.1°C、48.3°C、56.7°C、64.4°C、72.2°C、76.9°Cです。3C放電では最大温度が50℃を超え、6Cでは温度が76.9℃に達し、50℃超過時間は470秒で、全放電過程の3分の2を占め、正方形6s 22.2vリポバッテリーの安全かつ連続的な動作に非常に不利です。

相変化材料は一定温度範囲内で物理状態を変化させる能力があります。したがって、相変化材料を熱伝導媒体として単セルの表面に付着させることで、放熱効果を大幅に改善できます。さらに、熱伝導材料と水冷を組み合わせ、水冷システムが熱伝導材料が吸収した熱をシステム外部に移す計画もあります。
正方形6s 22.2vリポバッテリーシステムの熱暴走防止には、各セルのパラメータ（基本温度、電圧、電流など）を直接検出できることが理想です。機能の良い新しいセンサーの登場により、熱暴走の警告と対処が可能になります。

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