現代の電子機器、電気自動車、エネルギー貯蔵システムの中核コンポーネントであるリチウムイオン電池の安定性と安全性は、製品の性能と耐用年数に直接影響します。 2022年の香港環境保護局の統計によると、香港の電気自動車の数は30,000台を超えており、そのうちリチウムイオン電池の故障事例は全体の故障率の約15%を占めており、故障の問題を無視できないことを示しています。 故障すると、バッテリー容量の低下、熱暴走、さらには火災や爆発につながる可能性があり、経済的損失を引き起こすだけでなく、ユーザーの安全を脅かす可能性もあります。 したがって、故障メカニズムを深く理解し、それに対応する対策を講じることが、産学双方の焦点となっています。
過充電と過放電は、リチウムイオン電池の最も一般的な故障モードの 1 つです。 過充電すると、正極材料中のリチウムイオンが過度に脱介され、構造崩壊が発生します。 負極はリチウム金属を沈殿させ、ダイヤフラムを貫通する樹状突起を形成します。 香港理工大学の調査によると、充電電圧が 4.2V を超えると、100 サイクル後にバッテリー容量が 40% 低下する可能性があります。 予防策には次のものが含まれます。
でリチウムイオン電池 溶接 コツ、局所的な過熱によって引き起こされるその後の過放電の問題を回避するために、ラグ溶接中に均一な接触抵抗を維持することに特に重点が置かれています。リチウムイオン電池 検査技術
温度はバッテリーの性能に大きな影響を与えます。 高温(>45°C)はSEI膜の厚みを加速し、内部抵抗の増加につながります。 低温(<0°C)は電解液の粘度を上昇させ、リチウムイオンの移動度を低下させます。 実験データによると、60°Cで3か月間保管したバッテリーのサイクル寿命は50%短縮されます。 効果的な温度管理には次のものが必要です。
| 温度範囲 | 影響 | 対策 |
|---|---|---|
| >50°C | 電解質分解 | 熱安定剤を追加 |
| -20~0°C | リチウムメッキ | 予熱システム |
短絡は、内部(ダイヤフラム穿刺)と外部(導体接触)の2つのカテゴリに分類できます。 香港電気機械サービス局の 2023 年の報告書によると、電気自動車火災事故の 32% はバッテリーの短絡によって引き起こされています。 保護回路には次のものが必要です。電池製造安全対策
で、金属粉塵の蓄積を防ぐために、生産環境の湿度を-40°C未満に制御する必要があることを強調します。
電気化学インピーダンス分光法 (EIS) はバッテリーの内部抵抗分布を分析し、周波数範囲は通常 10mHz から 100kHz の間で設定されます。 X線断層撮影(CT)は、最大1μmの分解能で電極層の3D構造を示すことができます。 これらこれは、香港のテストセンターの標準的な手順となっています。
走査型電子顕微鏡(SEM)は電極の表面形態を観察でき、エネルギー分光法(EDS)は元素分布を検出できます。 透過型電子顕微鏡 (TEM) は格子構造をより適切に分析でき、正極材料の相転移の研究に特に効果的です。
バッテリー設計を最適化するには、材料 (シリコンと炭素の複合陽極など) と構造 (積層と巻線) の 2 つのアプローチが必要です。 製造プロセスに関しては、レーザー洗浄は金属不純物を 50ppm 未満に制御できます。 新世代のBMSシステムは、AIアルゴリズムを統合して、95%の精度で前駆体を予測します。
全体として、リチウム電池の故障防止は、材料科学、プロセス工学、インテリジェントな監視技術と組み合わせる必要があります。 全固体電池技術の成熟に伴い、将来的には故障モードがインターフェース接触の問題に移行する予定であり、業界は対応する検出方法を事前に確立する必要があります。
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