サイクル試験と温度の関係性は?サイクル試験とSOCの幅の関係性

サイクル試験と温度やレート、SOC・DODとの関係

 

こちらのページでは電池の基礎的な用語である

 

・サイクル試験と温度の関係性

 

・サイクル試験とDODやレート特性の関係性

 

ついて解説しています。

 

 

サイクル試験と温度の関係性

 

サイクル試験では、温度により電池の劣化の形態が異なります。

(※サイクル試験とは何か?サイクル試験の一般的な試験方法と結果についてはこちらで解説しています)

 

大きく分けて、高温時のサイクル試験と低温時のサイクル試験では、劣化の形態が異なります。

 

まず高温時のサイクル試験における負担のかかるパラメータについて解説します。

 

高温時のサイクル試験

 

一般的なリチウムイオン電池が保証している上限作動温度範囲は60℃付近であることが多いです。

 

そして,電池にもよりますが一般的には作動限界の60℃付近では、サイクルによる正極活物質・負極活物質の膨張の影響というよりも負極表面のSEI被膜の成長速度が増すことによる容量の低下の影響が大きいです。

 

これは、SEI被膜の成長は主に、Liイオンと電解液溶媒中のECとの化学反応であるため、アレニウスの式に従います。

 

アレニウスの式では、反応速度係数 k = A exp( -Ea/RT)  (A:定数、Ea:活性化エネルギー、R:気体定数、T温度)で表されるために、Tが増すと反応速度係数kがまし、SEI被膜の成長、つまり容量劣化が進むのです。

 

 

さらに保証している作動温度範囲より高い温度での試験となると、セパレータの縮小が起きることによる微小短絡や活物質自体の結晶構造が崩れ始めることなどからの電池の劣化が起き、急激に容量維持率が低下していきます。

 

 

低温時のサイクル試験

 

0℃以下といった低温時のサイクル試験では、主に充電時にLiが負極に析出する電析が起こるかどうかが電池劣化の主な原因となっています。

 

黒鉛などのLiの溶解析出電位に近い材料を使用する場合、設計や劣化の度合によっては電池製造メーカ−の想定を超え電析する場合があります。

 

チタン酸リチウムなどの高電位作動の負極活物質を使用すれば、電析はほとんど起こりませんが、その分エネルギ−密度が下がる傾向にあります

 

すると、すぐに電池が使用できなくなるだけでなく、膨れなどが発生し危険な場合がありますので、電池の取扱説明書に従い注意して対処しましょう。

 

関連記事

 

電池を長持ちさせる方法
容量とは?
SOC、DODとは?
コバルト酸リチウムの反応と特徴
黒鉛の反応と特徴
チタン酸リチウムの反応と特徴
SEIとは?
エネルギー密度とは?
アレニウスの式を使用した問題演習
寿命予測方法の具体例(アレニウスの式使用)

 

サイクル試験とDODやレート特性の関係性

 

サイクル試験とDODの関係性

 

サイクル試験により、活物質が膨張収縮することを上述しましたが、その膨張収縮はDODとも大きく関係します。

 

DODが大きいほど膨張収縮の幅が大きくなりますので、電極に負担がかかり劣化がより進むことが想像できます。

 

実際には、サイクル試験時の膨張収縮による劣化分は Kc [DOD]^0.5と描け、実験値とおおよそ一致していることが報告されています。

 

 

サイクル試験とレート特性の関係性

 

同様にレート特性も膨張収縮と関係します。

 

充電や放電のレートが高いほど急激に膨張収縮するため、電極に負担がかかり劣化がより進みます。

 

つまりEVなどで使用されている電池を使用する場合、あまりにも急激な放電を繰り返し行うと(急な加速など)劣化が早く進みますので気を付けましょう(一般的にはEV用電池にはラミネート型電池が使用されます)

 

 関連記事

電池を長持ちさせる方法
容量とは?
SOC、DODとは?
レート特性とは?
ラミネート型電池とは?
アレニウスの式を使用した問題演習
寿命予測方法の具体例(アレニウスの式使用)

 

サイクル試験と温度の関係性は?サイクル試験とSOCの幅の関係性 関連ページ

容量(Ah,mAh容量),組電池の容量,SOC,DODとは?
【電池の容量】mAh,AhからWhに変換する方法【飛行機持ち込み160Wh以下かどうか判定する方法】
放電終止電圧、充電上限電圧とは?
【電池設計の基礎】電池設計シートを作ろう!1 容量の設計
【エネルギー密度の計算】多孔度と真密度から電極の厚みを計算してみよう!
SOH(電池の基礎用語)とは?
電池の容量の計算方法
組電池とは?組電池の容量と電圧の計算方法
Wh容量、SOC-OCV曲線、充放電曲線とは?○
電池の評価に使われている1C,2Cとは何のこと?時間率とは?○
電池の充放電効率(クーロン効率)とは?
容量維持率とは?サイクル試験時の容量維持率
サイクル試験とは何?一般的なサイクル試験条件と結果○
フロート試験とは何?一般的なフロート試験条件と結果○
【電池発火時の対処・消火方法】リチウムイオン電池が発火した際、水はかけるべき?
【電池はなぜ発火する?】リチウムイオン電池が発火のメカニズム(原理)
トリクル充電とは?○
CC充電とは?
CCCV充電とは?○
パルス充電とは?鉛蓄電池に使用すると寿命が延びる?
【図積分】CC充電、CCCV充電時の充電電気量の計算方法
電池はどうやって捨てる?電池の廃棄方法は?○
SOC-OCV曲線から充放電曲線をシミュレーションする方法
リチウムイオン電池の取扱い上の注意点○
リチウムイオン電池を長持ちさせる方法
リチウムイオン電池の充電時に対応していない充電器を使用した時の危険性
外部温度と電池の容量の関係(寒い方が容量小さい?)
質量エネルギー密度、体積エネルギー密度とは?
電池の分類
マンガン乾電池の構成と反応、特徴○
アルカリマンガン乾電池の構成と反応、特徴
マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池の構造詳細
マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池の放電曲線
乾電池の残量を測定する方法(マンガン電池、アルカリ電池)
アルカリマンガン乾電池表面に付着した白い粉の対処方法
ニッケル・水素電池の構成と反応、特徴
リチウムイオン電池の構成と反応、特徴○
鉛蓄電池の構成と反応、特徴
ニッケル・カドミウム電池(ニッカド電池)の構成と反応、特徴
ナトリウム硫黄(NAS)電池の構成と反応、特徴
レドックスフロー電池の構成と反応、特徴
二次電池の性能比較 作動電圧、エネルギー密度、寿命、作動温度範囲、安全性の比較
メモリー効果とは?メモリー効果と作動電圧
オームの法則、作動電圧と内部抵抗、出力とは?
電池の劣化係数とは?
交流抵抗と直流抵抗の違い(電池における内部抵抗)
通電時間と直流抵抗の関係
電池の端子電圧と正極電位、負極電位の関係
電池の知識 分極と過電圧、充電方法、放電方法
比熱と熱容量
電池の知識 電池通電時の自己発熱
電池の知識 電池の常温時と低温時の内部抵抗の変化
リチウムイオン電池の安全性
過充電とは?過充電すると何が起こる?
【スマホの過充電?】過充電という言葉の誤った使い方
アノード、カソードって何?酸化体と酸化剤、還元体と還元剤の違いは?
電析とは何?電析と安全性
電析が起こる原因と条件 起こさないための対応策は?
電気二重層キャパシタとは?電池との違いは?
キャパシタとコンデンサ−は厳密には異なる!?EDLCの原理
【充電式電池】新しい電池と古い電池を同時に使用するとどうなる!?
コイン電池の種類と頭文字の記号
電池と燃料電池の違いは?固体高分子形燃料電池の構造と反応
電池の回路図の記号は?長い方が+? ○
単位Nとkgfの違いは? NやJをkg,m,sで表そう
電池の短絡とは?短絡が起こる場合と対策
コイン電池とボタン電池の違いは?
乾電池に記載のAAやDなどの記号は何?乾電池の大きさとパワーの違い
バイポーラ電池(バイポーラ電極使用電池)とは?メリットとデメリット
瞬低とは?瞬時電圧低下とは?
ヒューズとは?単電池や組電池におけるヒューズの役割
シャント抵抗とは?
自己放電(電池の用語)とは?
OCV(開回路電圧、開放電圧)とは?
コイン電池、ボタン電池の構造詳細、残量の測定方法
公称電圧とは?作動電圧との関係性
平均作動電圧とは?作動電圧との関係性
リチウムイオン電池とリチウム金属電池は違うもの?
リチウムイオン電池とリチウムポリマー電池は違うもの?
リチウムイオン電池の活性化過電圧、濃度過電圧、IR損とは?
電池の対向容量比とは?利用容量とは?電池設計の基礎
CC充電とCCCV充電 定電流充電と定電流定電圧充電は同じもの??
バッテリー記載のCCAとは?【バイク用バッテリー】
【大きいほど低抵抗?】リチウムイオン電池の容量と内部抵抗の関係
【内部抵抗の計算】リチウムイオン電池の内部抵抗と反応面積から予想してみよう!
【リチウムイオン電池の接触抵抗低減】Al箔やCu箔の接触抵抗を下げる方法

HOME プロフィール お問い合わせ