リチウムイオン電池の自己放電の理由

リチウムイオン電池の自己放電とは、外部回路から切り離された状態（開回路状態）で電池の充電量／電圧が自然に低下する現象を指します。これはすべての電池に備わった特性ですが、程度は異なります。リチウムイオン電池の自己放電率は比較的低いものの、それでも影響を受けます。主な原因は以下のように分類できます。

1. 避けられない化学反応（通常の自己放電）

（１）SEI層の成長と溶解：

負極（通常はグラファイト）は、初期の充放電時に形成される固体電解質界面（SEI）層で覆われており、これはバッテリーの動作に不可欠です。しかし、SEI層は完全に安定しているわけではありません。保管中、特に高温下では、SEI層はゆっくりと溶解し、再形成します。この再形成によりリチウムイオンと電解液が消費され、容量低下と電圧降下を引き起こします。これは自己放電の大きな要因です。

（２）電解質の酸化還元：

充電正極材料（例：LiCoO₂、NCM、LiFePO₄）は酸化力が極めて強いです。電解液溶媒（例：EC、DMC）および添加剤は、高電位正極と長時間接触すると、徐々に酸化分解します。同様に、負極では、SEI保護にもかかわらず、電解液の軽微な還元反応が起こる可能性があります。これらの寄生反応は活性リチウムイオンを枯渇させ、容量低下を引き起こします。

（３）不純物反応：

電極材料または集電体中の微量不純物（Fe、Cu、Znイオンなど）は、マイクロショートを引き起こしたり、副反応を引き起こして電荷を消費する可能性があります。

2. 内部の微小短絡（製造上の欠陥または経年劣化による）

（１）セパレータの欠陥：

セパレータの微細なピンホール、不純物、または脆弱な箇所により、サイクル試験後または長期保管後に電極間の電子伝導（マイクロショート）が発生し、電荷が直接リークすることがあります。これが異常に高い自己放電の主な原因です。セパレータはマクロ的には電子を遮断しますが、導電性ネットワークや電解質を介してミクロレベルの電子リーク経路が形成される可能性があります。

（２）デンドライトの浸透：

過充電、低温充電、または経年劣化により、リチウムデンドライトが負極上に不均一に形成されることがあります。鋭利なデンドライトはセパレーターを貫通し、電極間を橋渡しして内部短絡を引き起こす可能性があります。

（３）金属粉塵汚染：

電極やセパレータの間に閉じ込められた残留金属粉塵（例：電極切断によるもの）は、マイクロショートを引き起こす可能性があります。完全に粉塵のない状態は実現できませんが、微量の粉塵は影響をほとんど与えません。しかし、セパレータを貫通する閾値を超える粉塵は、自己放電を著しく加速させます。高品質のセパレータソリューションについては、当社の 電池生産ライン設備 。

3. 温度の影響

温度は重要な要素です。高温になると、あらゆる自己放電反応（SEIの発現、電解液の分解、不純物の反応）が指数関数的に加速されます。したがって、バッテリーを長期保管する場合は、低温（凍結を避ける）で保管する必要があります。

4. 自己放電の影響

• 容量損失: 使用可能な容量が減少します。

• 電圧降下: 時間の経過とともに開放電圧 (OCV) が低下します。

• 老化の促進：副反応（SEI の増加など）により活性リチウム/電解質が消費され、老化が促進されます。

• SOC 推定の課題: 自己放電により、電圧による充電状態 (SOC) の正確な推定が複雑になります。

• 安全上のリスク: 重大なマイクロショートにより、局所的な加熱や熱暴走が発生する可能性があります。

5. 緩和戦略

（1）設計と材料の最適化：

SEIの安定性向上、耐酸化性電解質の開発、高純度材料の使用、セパレーター品質の向上。お客様のニーズに合わせたソリューションをお探しなら、カスタムバッテリー装置をご覧ください。

（２）保管条件の管理：

• 温度: 10℃～25℃で保管してください（0℃未満は避けてください）。

• SOC：長期保管時はSOCを40%～60%に維持してください。フル充電は電解液の酸化を促進し、深放電は陽極損傷のリスクを高めます。

（３）定期的な充電：

アイドル状態のバッテリーについては、電圧/SOC を監視し、低い場合は過放電を防ぐために約 50% まで充電します。

（4）厳格な製造管理：

不純物や金属粉塵を最小限に抑え、セパレータの完全性を確保します。 電池材料供給 汚染リスクを軽減する高純度材料を提供します。

結論