新エネルギー自動車産業が精力的に発展している現在の時代において、コア電源としてのリチウムイオン電池は、充電効率と寿命のバランスをとるという重要な課題に直面しています。{0}}より長い航続距離とより速い充電速度に対する消費者の需要が高まり、市場ではバッテリーの寿命と費用対効果が重視されているため、リチウムイオンバッテリーの充電技術は大きな革命を迎えています。-バッテリー寿命を延ばしながら高効率の充電を確保する方法は、業界が取り組む必要のある緊急の課題となっています。-
I. 急速充電技術：効率向上の原動力
近年、リチウムイオン電池の急速充電技術は大幅に進歩しました。{0} CATL を例に挙げます。 「Shenxing」-超高速充電バッテリーは、「10- 分間の充電で 400- 走行距離」という超高速充電速度を実現しています。- -10 度の寒い環境でも、30 分以内に容量の 80% まで充電できます。 2024 年 4 月、CATL は Shenxing PLUS バッテリーを発売しました。これにより、10 分以内に容量の 60% まで充電できる超高速充電特性を維持しながら、走行距離が 1,000 キロメートルにさらに延長されました。-さらに、CATLとSAIC-GMは協力して6C超高速充電リン酸鉄リチウム電池を導入し、2025年にアップグレードされたUltium準900V高電圧電池アーキテクチャで使用される予定である。この電池は10分以内にフル充電でき、5分以内に200kmの走行距離が追加される。
ペンシルバニア州立大学のチャオ・ヤン・ワン教授率いる研究チームも、目覚ましい成果を上げています。彼らは、充電前にバッテリーを60度まで急速に加熱し、10分間急速充電し、その後周囲温度まで急速に冷却できれば、バッテリーの熱劣化を回避でき、固体電解質界面(SEI)膜の深刻な成長を防止できることを発見した。テストを繰り返した後、チームは 20 度での充電を対照として、3 種類のパワーバッテリーに対して 40 度、49 度、60 度で等温充電テストを実施しました。その後、電池を分解してリチウムメッキの有無を確認した。その結果、60 度で 10 分間の超高速充電 (6C、4.2V) を 2,500 サイクル行った後でも、容量 209 Wh/kg の高エネルギー密度バッテリーは依然として容量の 91.7% を維持し、容量損失はわずか 8.3% であることがわかりました。これは、米国エネルギー省 (DOE) が設定した「500 サイクル、20% の容量損失」という目標をはるかに上回っており、充電プロセス中にリチウム メッキは観察されませんでした。
XPENG や NIO などのブランドも、超高速充電において画期的な進歩を遂げています。- XPENG は、最大出力 480 kW、最大出力電流 670 A の S4 超高速充電パイルを発売しました。このシステムは、充電後 5 分以内に 200- キロメートルの走行距離を自動車に提供できます。公式声明によると、4C モデルは 15 分以内に 10% から 80% まで充電でき、これは世界の量産電気自動車の中で最速の充電速度であると言われています。- 3C モデルには、約 300 kW のピーク充電電力を備えた 800 V 高電圧プラットフォームも装備されています。 5 分の充電で 130 キロメートルの航続距離を追加でき、20 分で 10% から 80% まで充電できます。
II.急速充電がバッテリー寿命に与える影響
急速充電テクノロジーは充電効率を大幅に向上させますが、バッテリー寿命への影響は無視できません。急速充電中、大電流によりリチウムイオンが急速にアノードに埋め込まれます。温度管理が不十分な場合、リチウム金属がアノード表面に堆積して樹枝状結晶を形成し、セパレータに穴を開ける可能性があり、内部短絡が発生して電池性能の劣化が加速する可能性があります。さらに、急速充電中に発生する熱が時間内に放散されないと、電解液の分解や電極材料の劣化が促進され、バッテリーのサイクル寿命が短くなる可能性があります。
調査によると、1 日の平均走行距離が 100 キロメートルを超える純粋な電気自動車の配車ドライバーの場合、超急速充電の使用率は 70% を超えています。-車載電源バッテリーの健全性度は、新車の 100% から 2 年以内に 85% に低下し、年間平均 7.5% 低下しました。-しかし、清華大学の欧陽明高教授のチームによる最新の研究では、120 kW を超える超高速充電を頻繁に使用すると、低速充電に比べてバッテリーのサイクル寿命が 40% 短くなる可能性があることが明らかになりました。{10}
それにもかかわらず、一部の研究では、急速充電がバッテリー寿命に与える影響は絶対的なものではないことが示されています。リカーリング・オートマティック社が数万台のテスラに対して実施した追跡調査では、急速充電と低速充電のバッテリー寿命の差は実際には無視できるほどであることがわかりました。毎日 1 ～ 2 回急速充電される商用配車車両-でも、バッテリー交換サイクルは自家用車と同様です。これは主に、急速充電による悪影響を効果的に軽減する効率的な温度制御システムによるものです。
Ⅲ．効率と寿命のバランスを取るための技術戦略
急速充電の効率とバッテリー寿命の間のバランスを見つけるために、業界と企業は一連の技術戦略を採用してきました。
材料の革新という点では、CATL の超高速充電技術では、超-電子ネットワーク陰極技術と第 2 世代グラファイト高速イオンリング陽極技術が採用されており、電気化学反応効率と充電効率がさらに向上しています。-完全にナノメートル化された材料表面を備えた超電子ネットワークは、十分に接続された電子ネットワークを構築し、充電信号に対する正極材料の応答速度とリチウムイオンの脱離速度を大幅に向上させます。-アノード材料表面の高速イオンリング-修飾多孔質コーティング層は、リチウムイオン交換のための豊富な活性サイトを提供し、リチウムイオン電荷交換速度と埋め込み速度を大幅に向上させます。
電池構造設計では、Chao-Yang Wang 教授のチームが「全気候対応」電池を開発しました。-彼らはバッテリー内に 50- マイクロメートル-の厚さのニッケル箔を挿入し、効果的に自己発熱することができました。-低温時に電流を流すとニッケル箔を通って電流が流れ、発熱します。バッテリーの内部温度が 60 度を超えると、温度センサーが作動して、ニッケル箔を流れる電流が遮断されます。このバッテリーは、常温での性能と寿命を損なうことなく、30 秒以内に 60 度まで自己発熱します。このプロセスでは、外部加熱装置の補助や電解液への特別な添加剤の添加は必要ありません。
バッテリー熱管理システム（BMS）に関しては、一部の自動車メーカーは「超急速充電保護モード」を導入しています。-バッテリー充電量が 20% 未満の場合、バッテリー損傷の問題を回避するために、充電電力は 60 kW に制限されます。-他の製品では、バッテリー予熱技術を採用しています。これにより、-10 度の環境での急速充電効率が 35% 向上し、バッテリーの劣化率が 30% 減少します。
IV.ユーザー利用戦略と業界の見通し
ユーザーにとって、急速充電を合理的に使用することは、バッテリーの寿命を延ばすために非常に重要です。北京大学新エネルギー材料技術研究所所長の Qilu 教授は、自動車所有者は超急速充電の使用割合を 40% 以内に制限する必要があると述べています。-時間が許す限り、できるだけ低速充電を使用する必要があります。特に、バッテリー充電量が 10% 未満または 90% を超える場合は、超高速充電を避けてください。この範囲で超高速充電を使用すると、バッテリーに大きな損傷を与える可能性があります。-
業界の観点から見ると、自動車メーカーはバッテリーリースモデルの採用など商用モデルの革新を通じて、「製品を売る」から「サービスを売る」へ移行することができます。車両-のバッテリー分離モデルにより、バッテリー保証に対するユーザーの敏感度が低下すると同時に、企業が急速充電技術の成熟度を向上させることができます。
将来的には、技術の継続的な進歩により、リチウムイオン電池の急速充電効率と電池寿命のバランスがさらに最適化されるでしょう。{0}}シリコン-ベースの陽極や固体電池-などの新しい材料や技術の出現により、急速充電によって引き起こされる寿命の問題が根本的に解決されることが期待されています。同時に、インテリジェントな温度制御システム、動的電力調整、その他の技術の継続的な改善により、リチウム-電池の充電技術革命を強力にサポートできるようになります。
この充電技術革命の中で、リチウムイオン電池は効率と寿命の完璧なバランスに向けて徐々に移行しています。{0}}業界と企業は継続的に革新する必要があり、ユーザーもそれらを合理的に利用して、新エネルギー車産業の持続可能な発展を共同で促進する必要があります。
