リチウムイオン電池の設計と製造-

リチウムイオン電池の設計基礎-

基本的な設計原則

バッテリーの設計は、電気機器の特定のニーズとバッテリーの特性に基づいていなければなりません。バッテリー自体。まず、電極、電解質、セパレーター、ケーシングなどの各コンポーネントの技術的パラメーターを明確に定義する必要があります。さらに、最終的なバッテリーパックが所定の仕様および性能指標（電圧、容量、体積など）を確実に満たすように、製造プロセスパラメータを微調整する必要があります。実際の使用時にバッテリーの性能を向上させるには、合理的で効果的な設計が不可欠です。したがって、設計プロセス全体を通じて最適なソリューションを追求することが特に重要です。

設計要件

バッテリー設計では、バッテリー性能パラメーターとその動作環境に関するターゲットデバイスの特定の要件を完全に理解することが不可欠です。一般に、次の重要な要素を考慮する必要があります。

リチウム-イオン電池は、その優れた性能により広く使用されています。ただし、特定の用途では、衝撃や振動への耐性、極端な温度への適応、低圧環境での動作など、さまざまな追加要件を満たす必要があります。-これらの電池を設計する際には、これらの基本的な物理的特性を考慮することに加えて、原材料の選択、電池特性を決定する重要な要素、全体的な性能、製造プロセス、費用対効果の分析、動作温度などの要素を総合的に考慮する必要があります。-

動力電池の性能を評価するための重要な指標

1) 容量

バッテリー容量とは、特定の放電条件下でバッテリーが供給できる電気の総量を指します。この概念は通常、電流と時間の積として表され、通常はアンペア-時間（Ah）で測定されます。このパラメータは、バッテリの最大動作電流と連続動作時間に直接影響します。

2) 放電特性と内部抵抗

バッテリーの放電特性は、出力電圧の安定性、電圧プラトー、特定の条件下での高電流放電性能を反映します。{0}}これらはバッテリーの負荷容量を測定するための重要な指標です。さらに、バッテリー内にはオーム内部抵抗と分極内部抵抗の 2 種類の抵抗があります。これら 2 種類の内部抵抗は、大電流放電中の全体的な放電性能に特に大きな影響を与えます。-

3) 使用温度範囲

さまざまな環境条件下で電気機器の安定した動作を確保するには、バッテリーが特定の温度範囲内で良好な性能を維持する必要があります。

4) ストレージパフォーマンス
一定期間保管すると、さまざまな要因によりバッテリーの性能が変化し、自己放電、電解液の漏れ、ショートなどが発生し、性能に影響を与える可能性があります。{0}}

5) サイクル性能
サイクル性能とは、二次電池がその性能が所定のレベルに低下するまで、特定の充放電ルールに基づいて耐えることができる充放電サイクル数を指します。{0}{1}これはバッテリーの長期信頼性を評価するための重要な指標の 1 つです。-

6) 安全特性
バッテリーの安全性は主に、異常な使用条件下での安全性レベルに反映されます。これらの異常な使用条件には、過充電、短絡、釘刺し試験、圧壊試験、ホットボックスへの曝露、重量物の衝撃、および振動が含まれます。このような極端な条件に耐えるバッテリーの能力は、大規模用途への適合性を決定する重要な要素の 1 つです。-

正極材料および負極材料の調製および特性評価のための装置

準備

準備

正極材料と負極材料は、LFePO4 や LiCoO2 などの正極や、グラファイトやシリコン / カーボンなどの負極など、リチウムイオン電池の重要なコンポーネントです。{0}材料が異なれば、必要な準備方法も異なります。ここでは三元系正極材料を例に、作製工程に必要な設備を紹介します。

特性評価

正極材料や負極材料などのリチウム-電池の主要材料はすべて、リチウム-}イオン電池の電気化学的性能に大きな影響を与える電気化学機能材料です。材料の生産と開発、電池の製造と応用中に考慮すべき技術指標は比較的多くありますが、それらは主に 3 つのカテゴリに分類されます。最初のカテゴリは材料の結晶構造と微細構造です。 2 番目のカテゴリは、粒子サイズ分布、比表面積、タップ密度、元素組成 (不純物を含む) などの材料の物理化学的指標です。 3 番目のカテゴリは、容量、初期効率、電気化学インピーダンスなどの材料の電気化学的性能特性です。リチウムイオン電池の主要材料のさまざまな指標の検出と特性評価は、材料の研究開発、生産管理、品質保証にとって非常に重要です。

ボタン型リチウム-イオン電池製造装置

ボタン電池またはハーフセルとも呼ばれるコイン電池は、通常、負極としてリチウム金属を使用し、正極として正極材料を使用します。または、正極としてリチウム金属を使用し、負極として負極材料を使用する。サイズが小さく、電極製造における材料消費量が少なく、柔軟性が高いため、リチウム-電池の活物質の開発とテストに重要なデバイスとなっています。

電極の製造段階では、正極材料と負極材料、導電剤、バインダー、集電体などの材料と試薬が必要です。まず、正極活物質、負極活物質、導電剤、結着剤を手作業での粉砕や機械的均質化により特定の割合で均一に混合します。次に、得られたスラリーを対応する集電体上にコーティングする。実験室コーティングでは、スラリーの量に基づいてコーティング方法が決定されます。より大きなスラリーの場合は、小型のコーティング機が使用されます (図 (a))。より小さいスラリーの場合は、手動コーティングにフィルム形成装置-が使用されます (図 (b))。次に、電極を乾燥オーブンで乾燥させ、ローラープレスで圧縮します。スライスとは、電極を正確に円形に切断するプロセスです。一般に、ローラーでプレスされた電極は秤量紙の間に挟まれ、打抜き機に置かれ、小さな電極片を素早く打ち抜きます。電極小片の直径は、打ち抜き機の打ち抜き型のサイズにより調整することができる。