バッテリーの急速充電に影響する要因とは？
リチウム電池は、充電されたイオンをプラス極とマイナス極の間で移動させて電荷を移動させ、外部回路に電力を供給したり、外部電源から充電したりすることで動作するため、ロッキングチェア型電池と呼ばれている。電気化学的であれ物理的であれ、イオンと電子の動作全体で電荷移動に影響を与える電池構造は、急速充電性能に影響を与える。電池の場合、動力性能を向上させようとすれば、主に正極、負極、電解液、隔膜など電池全体のあらゆる面で工夫する必要がある。
正極と負極
正極材料は、実はほとんどすべての種類の正極材料が二次電池に使用できる。保証すべき主な性能は、コンダクタンス、拡散性、寿命、安全性、適切な加工性能などである。特定の材料ごとに解決すべき問題に違いがあるかもしれないが、一般的な負極材料は一連の最適化によってこれらの要件を満たすことができる。一般的な負極材料には、リン酸鉄リチウム、三元系材料、マンガン酸リチウムなどがある。
リチウムイオン電池が充電されると、リチウムは負極に移動する。急速充電電流がもたらす高電位は、正極電位をよりマイナスに導く。このとき、負極がリチウムを急速に受け入れる圧力が高まり、リチウムのデンドライトの傾向も高まる。したがって、急速充電中の正極は、リチウム拡散の運動学的要件を満たすだけでなく、リチウムデンドライトの形成傾向の激化によって引き起こされるセキュリティの問題を解決する必要があります。実際、急速充電コアの主な技術的困難は、正極へのリチウムイオンの挿入である。
現在、市場で主流の負極材料は依然として黒鉛である（市場シェアの約90％を占める）。近年、ハードカーボンとソフトカーボン材料の改良が進んでおり、シリコン負極材料は重要な発展方向である。
隔膜
パワータイプの電池では、大電流が使用されるため、安全性と寿命に対する要求が高くなる。セラミックコーティング隔膜は、その高い安全性と電解液を消費する不純物のため、特に三次電池の安全性を向上させるために急速に押されつつあります。
現在、セラミック振動板は、従来の振動板の表面にアルミナ粒子をコーティングする方法が主流である。新しいアプローチは、固体電解質繊維を隔膜に塗布することで、内部抵抗が低く、隔膜の機械的支持性が向上し、使用中に隔膜の穴が塞がる傾向が低くなる。コーティングされた振動板は安定性がよく、温度が高くても短絡で収縮・変形しにくい。
電解液
電解液は急速充電リチウムイオン電池の性能に大きな影響を与えます。急速充電の流れの中で電池の安定性と安全性を確保するために、電解液は以下の特性を満たさなければならない。分解しないこと、導電性が高いこと、正負の材料に対して不活性であり、反応したり溶解したりしないこと。
これらの要件を満たす鍵は、添加剤と機能性電解質を使用することである。例えば、三次クイック二次電池の安全性にも大きく影響する。高温対策、難燃対策、過充電対策など様々な添加剤を加え、安全性をある程度向上させる必要がある。チタン酸リチウム電池の高温膨張も高温機能性電解液の改善にかかっている。
