携帯電話は今、すべての人の生活必需品となっています確かに、我々は携帯電話の使用時間の増加に伴って、経験を持って、待機時間が短くなり、私たちは今、一日を必要とし、ニーズを満たすために、完全な一日でした2つの完全な一日、最後まで仕事を埋める2は、問題を解決することはできません、これは私たちは、多くの場合、携帯電話の電池が死ぬ言うことで、私たち一般的に呼ばれるリチウムイオン電池「寿命がダウン辞退」。リチウムイオン電池の原因は何ですか寿命の短縮リチウムイオン電池の寿命はどのような概念ですか？一般的には、サイクル中のリチウムイオン電池の容量は初期容量の80％リチウムイオン電池の寿命として定義されたサイクル数、。携帯電話は電子製品の頻繁な交換が必要で、それはリチウム携帯電話の電池メーカーがイオン電池の寿命を設計します一般的であるが、我々は1回の充電で、毎日電話した場合という、約500倍です約1年半後には、携帯電話のバッテリーの容量が初期容量の約80％に低下します。私たちは、携帯電話のバッテリーが不足した理由を取得している感じ。もちろん、これは、誰もが充電しないようにしようという意味ではあまり充電が、小さなシリーズは皆のために導入され、記事の最後に、科学的かつ合理的なチャージを必要としません。どのように携帯電話を充電するためのヒント、私は誰もが助けることを願っています。
ここでは、使用中に、なぜリチウムイオン電池を理解するために来て、衰退のダウンが起こるのだろうか？まず、我々は明確にする必要があり、内部のリチウムイオン電池では、正と負の応答の通常のリチウムイオン挿入脱離に加えて、また、SEI膜の形成と成長、電解液の分解、結合剤の分解、などの多くの副反応、正極活物質がクラッキングは、他の要因のうち、リチウムイオン電池容量が低下することになるがある。リチウムイオン電池の故障が降下を引き起こしたがSEI膜、損傷、負極とリチウム分析のみ消費生成、リチウムイオン電池は、閉鎖系であるため、材料の内部が一定で、リチウムの1）損失：多くの要因、それは3つのカテゴリに分類されるダウン沸騰しますリチウム一部のリソース; 2）正極活物質の損失、プロセスで使用されるリチウムイオン電池は、埋め込まれた正極活物質の一部の損失につながる可能性が破損粒子、バインダーの分解と正極材料の結晶構造および他の要因が変化正極材料、で発生する傾向がありますリチウム能力; 3）負極活物質の損失、例えば開口負極活物質、バインダーおよび他の因子の分解は、負極活物質部分をもたらすであろう導電性粒子に接続され、リチウムイオン電池の容量損失が得られ、リチウムにそれが不可能、導電ネットワークを失います。
私たちが作ってきたが、リチウムイオン電池に上記のリードについての仮定がダウン機構辞退、および関連するモデルを作るが、今の検出の適切な手段の欠如の両方でなく、サポートするために、関連する実験的証拠を欠いている可能性がある。我々は、例えば、角形リチウムイオン電池を持っています、電池は、倍率比C /解剖電気25の下に十分であるが、実際には、同じ電池容量バッチ、上記のように、磁極片は、明白な凹凸をリチウム電池の負極を発見しました唯一の非均一負極であるが、最大容量を示し、したがって従来のスクリーニング手段が0.2％の唯一の違いは、この不良セルが存在するが、リチウム負極板凹凸原因リチウムイオンを区別することは困難ですバッテリーの長期サイクル性能が低下します。
最近、クリストフR. Birklオックスフォード大学は、リチウムイオン電池の開回路電圧を検出するためのリチウムイオン電池の電池開放電圧を用いる方法が提案され、正と負の差との間の電位差が、リチウムイオン電池の反応の熱力学的特性、したがって、私たちは、正極および負極に関する豊富な情報を提供することができます。クリストフ・R. Birklボタン電池を使用する3つのモードによって引き起こされるリチウムイオン電池の故障は、実験によって検証、電池の開回路電圧の低下に影響を与え、それはバッテリーの開回路ことが判明しました検出電圧曲線は、バッテリーの故障モードの原因降下を言うことができるクリストフ・R. Birkl作業を識別し、そして画期的なリチウムイオン電池システムの管理に貢献することができます。
; 2）負極活物質の損失; 3）正極活物質のリチウムの1）損失：電極によって生成クリストフR. Birklは、市販のボタン電池となり、モードダウンリチウムイオン電池シミュレーションした三の低下角形電池から除去され損失。試験の精度を確保するために、全ての試験セルは恒温ボックスにある熱平衡に到達するために、3時間を安定化する必要があります。試験で測定された2つの電圧を有し、充放電過程が測定された電圧であり、これは偽、偽の電圧降下と呼ばれる電圧時間は、モードを下げる現実のリチウムイオン電池の開回路電圧を決定することができるが、リチウムイオン電池であるリチウムイオン電池の故障モードを決定する際に支援するために使用することができます。
まず、クリストフR. Birklボタン電池ボタン電池の磁極片の面積から算出される理論容量を取得し、その後、正極タブ脱リチオ化を充電することにより負極の部分を切断することにより、リチウムイオン損失の異なるレベルをシミュレートカットシミュレーション正極活物質損失を切断正極タブの負極活物質の損失をシミュレートした。上記のように試験結果を分析するために、クリストフR. Birklヒストグラムは、前記左、物理モデルを用いて確立しました負極のSOCの状態、SoCの権利状態の正極、図通常の電池モデル内のモデルは、通常のセル設計の図から分かるように、負極の設計容量は、一般に、わずかに高く、一般的にNと呼ばれます負の冗長性、冗長性は、適切なリチウムイオン電池のサイクル特性を保証することができ、それはまた、リチウムの析出は、電池の安全性を確保していないことを確実にするために十分なリチウムを収容可能な過充電リチウムイオン電池の場合に起こり得ます。
上記では、我々は、これらの要素は、アナログボタン電池、シミュレーション生成することができるリチウムイオン電池の故障の低下の考えられる理由を導入し、そしてクリストフR. Birkl：リチウムの1）損失と、正極活物質の2）損失; 3）負極活物質の損失、物理モデルクリストフ・R. Birklの概要は、リチウムイオン電池を構築し、その後、我々はリチウムイオン電池を開くためにダウン異なるリチウムイオン電池の減少につながる要因のこの物理モデルを使用する方法を紹介します電圧の影響を分析します。
まず、我々は上記のようにクリストフR. Birklは、確立された物理モデルを見て、モデルは、長方形のバーは、左が負極のSoC状態で表し、右側が正極のSoCを表し、約2長方形の列が含ま状態0％-100％リチウムイオン電池の下限と上限を表す2行。
我々が参照する電池の異なるSoC状態については、基準電池の理論的容量を参照し、失われたリチウムを含むこと、すなわち、正極がLiの30％を失った場合、そして、この時点でバッテリの最低SOC状態が30％になるが、不可逆的であるが、バッテリSoCの範囲も30％-100％になる。
まず、我々は同じ状態SOCのある開回路電圧に反映され、負極は、正極30％のSoCの状態に達した状態で30％、0％のSoCのリチウム損失の正極を見て、電池の開回路電圧は、有意に例えばをドロップ対照セルでは、0％SoCセルの開放電圧は2.7Vに低下したが、30％SoCで2.7Vに達し、4.2Vまで充電したが、セルのSoC状態は通常より高かった電池は、主にアノード電位が同じSoC状態の通常のセルよりも高いため、電池の放電曲線を比較すると2％高くなります。減衰はより早く、カットオフ電圧はより早く到達し、リチウム損失の可能性が高い。
負極活物質粒子の破壊、集電体と導電性ネットワーク又は接続が反応に関与できる活物質の量が減少、その結果、失われるための次の負極活物質の損失と同時に存在するリチウムの損失を見てみましょう、これは通常、減衰も大きく、電流密度が増加するように、バッテリの低下速度アナログボタン電池ケースが30％、コントラストのリチウム負極活物質の損失、電池セルの通常の放電曲線である。曲線から分かるように、より多くのSoCの高い範囲、バッテリ電圧曲線はほぼ完全に正常細胞と重なっているが、SoCの低い範囲、負極電位のようなリチウム負極の過剰放出は、バッテリが速くなるように電池の電圧の急激な低下につながる、迅速に上昇しました低域のSoCで、急激な電圧降下、より高速なことが、電池電圧曲線の初期状態と比べた場合の比較の電池の放電曲線は、初期段階では有意な変化は認められなかった、と言うことです。カットオフ電圧に達するが、これは、バッテリがおそらく負極活物質の大部分に、悪いドロップであり、その中に埋め込まれたことを示すカットオフ電圧に到達します。
のが唯一の負極活物質の損失を解析するために、このモデルを使用してみましょう、負極のシミュレートボタン電池は、活性物質の30％を失うが、負のLiにつながる可能性のLiの損失は、正未満を受け入れることはできませんリチウムを提供する（負よりも12％以上陽性）、電池の開回路電圧に反映することができ、低バッテリ状態SOCのある、電圧曲線と通常リチウムイオン電池ではほとんど差はありませんが、場合により高いSoCの、電池電圧が急激に上昇するの負のリチウム遷移は、バッテリが4.2Vに充電されている場合降下による負極電位低下につながった主な理由は、リチウムデンドライトの負の表面堆積につながるこれは、状況の最も危険であり、リチウムにつながる可能性がありますすなわち、初期段階（低SoC段階）において、リチウムイオン電池の電圧曲線が電池の初期電圧曲線とほぼ一致すると、電圧曲線曲線の終わりの電圧は急速に上昇し、電池の容量は減少する。負極活物質は電圧損失を引き起こす可能性が非常に高い。
正極活物質粒子の破裂、およびネットワーク接続や他の原因の導電性の損失に起因し得るリチウムの同時損失、の場合は、リチウムイオンの還元の活性物質を提供することが可能であるのは、正極活物質の損失の一部を分析してみましょうこれは高速充電リチウムを放出する時に、残りの正極活物質に導かれ、電池の正極の電位が同じSOCの通常の状態よりも有意に高いことが、開回路電圧における反応は同じですSoC状態では、バッテリ電圧のカソード活物質損失が通常のバッテリよりもかなり高く、急速に充電カットオフ電圧に達します。
最後分析、正極活物質の一部の損失、リチウム損失場合は、一般的に、正極活物質の脱着粒子の破損、などの要因による損失、SoCの低いリチウムイオン電池のこのセグメントの容量となっている、なし放電時以前の電池が高いセルでは、電圧曲線を反応させて、放電のカットオフ電圧に達するように反応に関与することができる正極活物質が減少するので、Liが反応に関与しない大きな影響を低減することができますSoCのセクション、電圧曲線アプローチ、SOCが状態を減少として、通常の電池よりも有意に低い電池の正極活物質損失の電圧、及びより高い状態SOC（約20％）は、カットオフ電圧に到達しました。
私たちは、故障モードのリチウムイオン電池開放影響がある異なる種がリチウムイオン電池との間に異なる電圧差に精通し分析した次のメカニズムをダウン辞退物理モデルクリストフ・R. Birkl確立リチウムイオン電池を使用して、我々は意志上記の物理モデルによれば、リチウムイオン電池の数学的モデルが確立され、リチウムイオン電池の開放回路電圧に応じてリチウムイオン電池の異なる破壊モードが導出される。
異なる減衰モードはリチウムイオン電池の開放電圧にほとんど影響しないので、リチウムイオン電池の開放モード電圧を正確に合わせて、リチウムイオン電池の減衰モードの判定精度を向上させる必要があります。
利用可能なの一般的な容量利用のための電極材料は、xを説明活物質の格子点であってもよい、開放電圧に応じて、xの値に応じて、多相複合材料で0から1の範囲でxは（Eoc）計算、以下に示す式
Nは、材料中の相の数であり、i番目の相のEOΔXi寄与率、iは、埋め込まれたエネルギー推定値をイオン間の相互作用をAI、Eは位相格子エネルギーiは要素の電荷kはボルツマン定数であり、Tは絶対温度である。
開回路電圧と電池容量のパラメータは、充放電の第1の部分を使用して適合させた電池の開回路電圧OCVの間に測定偽電圧間に、2つのステップに分け、及び実際のテスト結果にフィッティング結果非常に近い、正電極RMSE 7mVのみ、負のみ12mVのRMS誤差、ルート全体の電池電圧の二乗誤差が3mVのが設定されていない意味する。第二段階は、開回路電圧電極をシミュレートすることである主電池の開回路電圧は、フィッティング電圧は、正および負の電極電圧を得るために、正および負の電極間の電圧差に等しい。
基準電圧と比較電圧曲線フィッティング曲線を用いたリチウムイオン電池の開回路電圧まで減少を適合させることによって、減少ダウンモードのリチウムイオン電池を分析することができる。リチウムイオン電池のモデルをダウン辞退3推定するように設計されています重要なパラメータ：リチウムの1）喪失; 2）正極活物質の損失; 3）により詳細に記載されていない限られたスペースにモデル構築プロセスの負極活物質の損失の量は、興味のある読者は、私たちの基準を参照してください。結果に合わせて見てみましょう。
減衰降下解析を計算するために、電池モデルを用いて、開回路電圧OCV曲線を充放電中に測定された電圧を取り付けるための手順、クリストフR. Birklリチウム電池LLI損失、正極活物質の損失および負極LAMPEを計算ここで計算されるリチウム損失量には、失われた正負の活物質に含まれるSEI膜およびリチウム元素の生成および成長のために消費されるリチウムの両方が含まれることは注目に値する正極活物質の損失は、リチウム元素の様々な量を含んでいてもよく、したがって、リチウムのリチウム損失の損失は、本明細書の様々な要因を含む、いくつかの要因にリチウム損失を区別することは困難である。効果的なこのモデルを検証しますセックス、次の表に示すように、3つの特殊バッテリー、バッテリー情報を設定します。
次の図は、フィッティング結果を示し、左側は電圧曲線であり、基準電池電圧曲線フィッティング、右のヒストグラムは、三の電池表す：リチウムの1）喪失; 2）正極活物質の損失; 3）負活性物質の損失。赤色部分は、実際の損失を表し、黄色の部分は、得られた結果に基づいて、モデル計算を表し、図は、両方の非常に近くから見ることができる、3つ全ての場合において、モデルが正確にリチウムを決定することができますイオンバッテリ減衰モード。
モデルを検証するために、いくつかの異なる崩壊モードが検証ドロップ、リチウムの最初の損失の25％のみ、結果を以下に示す嵌合、電圧は、6.7mV、故障二乗適合を意味しますモデル分析は実際の結果に非常に近く、誤差はわずかです。
次いで、リチウム負極の36％の損失が埋め込まれている場合、以下に示す分析結果は、モデルが正確誤差はわずか約4％、検出された正極であり、電池の主ドロップ故障モードは、リチウム負極活物質の損失で決定します正極活物質損失は、反応に関与しない活物質の部分で、その結果、切断時のエッジの特定の曲率に、それはいくつかのエラーが発生しています。
この場合、リチウム損失の合計量が38％、図に達したので、次に、リチウムの損失および13％のリチウム損失を含む正極活物質の25％を含む、複合低下の二種類ダウン一緒にケースを見てください。フィッティング故障モードの結果は、それが図から見られる示し、モデルは、リチウムの総損失の正確な分析であり、正極活物質の損失はわずかに高いだけ実際の状況よりも、上記正極は、エッジであります効果
クリストフR. Birklモデルが、フィッティング方法によって電池の開回路電圧OCVと電極、バッテリ電圧の開路電圧曲線及び基準曲線の近似曲線を充放電中に捕捉電圧単独処理、開回路電圧を確立します比較分析は、正確ダウンモード低下リチウムイオン電池の原因を決定することができ、及び故障モードは、このモデル割合ダウン低下リチウムイオン電池の三種類で決定され、実験データによって支持することができます危険な故障モードを検出する動作で電池安全管理、安全警告は重要である。例えば、活性物質の損失の負大量場合、リチウムは、内部短絡を生じやすいリチウム析出の負極を失っていない状態で正同時に、活物質とリチウムの実質的な損失で、正極電位が正極活物質の安定性の低下をもたらす、充放電時にあまりにも簡単であり、それは非常に危険な故障モードであり、電池のタイムリーな交換の必要を生じます。
