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バッテリーの形成と容量の等級分けのプロセスとは何ですか?

October 27 , 2025

バッテリーの形成と容量の等級分けのプロセスとは何ですか?

リチウム電池の製造プロセスにおいて、形成と容量等級分けは電池の性能と寿命を決定づける重要なステップです。容量等級分けの原理は理論的な基盤となり、形成と等級分けの手順は製品の一貫性と信頼性を確保します。以下では、両方の概念と運用方法について詳しく説明します。

1. フォーメーションとキャパシティのグレーディングとは何ですか?

形成：

低電流充放電や定温放置など、バッテリーの性能を安定させるためにバッテリーの初回充電時に適用される一連の技術的処理を指します。

容量等級:

簡単に言えば、容量分類と性能選別であり、バッテリーは性能パラメータに従って選別され、等級分けされます。

2. リチウム電池の形成プロセスと原理

リチウムイオン電池の初期充放電過程において、電解質として用いられる非プロトン性溶媒は、電極と電解質の界面で不可避的に反応し、電極表面に不動態膜を形成します。この膜は電子絶縁層または固体電解質界面（SEI）膜として知られています。

報告によると、不動態膜はLi₂O、LiF、LiCl、Li₂CO₃、LiCO₂-R、アルコラート、非導電性ポリマーから構成されており、多層構造をしており、電解質に近い側は多孔質で、電極に近い側は緻密です。

SEI 膜の形成は電極材料の性能に重大な影響を及ぼします。
一方、SEI膜の形成によりリチウムイオンの一部が消費され、初回充放電時の不可逆容量が増加し、電極材料の充放電効率が低下します。
一方、SEI膜は有機溶媒に不溶であるため、有機電解液中でも安定した状態を維持できます。溶媒分子はSEI層を透過できず、溶媒の共挿入を効果的に防止し、電極材料への損傷を回避します。これにより、電極のサイクル特性と寿命が大幅に向上します。

形成プロセスの品質はSEIフィルムの品質を決定し、バッテリーのサイクル寿命、安定性、自己放電率、安全性、その他の電気化学特性に直接影響を及ぼします。そのため、バッテリーメーカーは、自社の生産方法に基づいて適切な形成・グレーディングプロセスとパラメータを開発し、バッテリーが最大容量、最高の安定性、そして最長の寿命を実現できるようにしています。

電池のフォーメーションには長い充放電サイクルが必要です。充電時には、充放電電圧と電流、そしてパルス波形を精密に制御する必要があります。SEI皮膜のインピーダンスの上昇は、リチウムイオン電池の高率放電性能に悪影響を与えます。精密な制御は、フォーメーションプロセスの効率向上にもつながります。

たとえば、LiFePO₄ システムでは、充電電圧が 3.7 V を超えると、LiFePO₄ の結晶構造が損傷し、バッテリーのサイクル性能が低下する可能性があります。

3. リチウム電池の容量等級分け手順

バッテリー容量の等級分けは、 バッテリーの形成と等級分けシステム （形成とグレーディングは原理が似ているため、両方の機能が1つのキャビネットに統合されています）。形成およびグレーディングキャビネットは、本質的にはマルチチャンネル充電器のように機能し、多数のセルを同時に充電および放電できます。

グレーディングプロセスでは、各テストポイントからのデータがコンピューターシステムによって収集・管理され、容量や内部抵抗などのパラメータが分析されて各セルの品質レベルが判定されます。このプロセスは容量グレーディングと呼ばれます。

最初の容量等級分け後、バッテリーは通常15日間以上、一定期間休ませる必要があります。この期間中、過度の自己放電や内部抵抗の上昇など、バッテリー固有の品質問題が顕在化する可能性があります。休ませ期間後、バッテリーは再試験と再等級分けが行われ、容量基準を満たさないものや品質上の問題があるものは排除されます。

容量グレーディングのもう一つの目的は、バッテリーを分類し、グループ分けすることです。これは、内部抵抗と容量が類似するセルを組み合わせて組み合わせることを意味します。性能が同等のセルだけがバッテリーパックに組み合わされます。例えば、パワーバッテリーパックは、電気自動車のエネルギー要件を満たすために、数十から数千個のセルを必要とすることがよくあります。システムの複雑さにより、バッテリーパックの挙動はそれぞれ異なり、個々のセルを単純に増減するだけではパックの性能を十分に発揮できません。

直列接続と並列接続で構成される一般的なバッテリーパックを例に挙げると、理想的には、バッテリーパック内のすべての単一セルが完全に均一である必要があります。しかし、現実には、同一バッチで製造された単一セルであっても、性能（容量や内部抵抗など）に差があります。 リチウム電池パック組立ライン 、また使用する必要があります バッテリー選別機 バッテリー電圧と内部抵抗を再度選別します。バッテリーパックを組み立てる前にスクリーニングを実施していますが、すべてのバッテリーの性能を100%均一に保証することは不可能です。さらに、バッテリーパックの容積が大きいため、各部品の放熱特性も大きく異なります。そのため、バッテリーパック内の温度分布には大きな温度勾配が生じます。上記の要因により、バッテリーパック内のバッテリーは使用中に異なる速度で劣化します。この場合、バッテリーパックの使用可能容量は減少します（バッテリーパック内の直列接続セルの最小容量によって制限されます）。一方、バッテリーパックの安全性が低下する可能性もあります。研究によると、単一セルのサイクル寿命が1,000回以上であっても、バッテリーパックを構成する際に保護層がなければ、 バッテリーバランサー バッテリーパックのサイクル寿命は200回未満になる場合があります。そのため、バッテリーパックにとって、単一セルの一貫性は非常に重要なパラメータとなります。

4. 形成と等級付けの精度要件

電池のサイクル寿命、安定性、自己放電、安全性といった電気化学特性を向上させるには、リチウム電池の均一性を厳密に管理するか、電池グレードを正確に評価する必要があります。そのため、地層・容量等級分け装置における電流・電圧測定精度に対する要求は非常に高くなっています。エイシーニューエナジーは、バッテリー機器業界で 15 年以上の経験があり、主にリチウムバッテリーの実験研究およびリチウムバッテリーパックの組み立て用のハイエンド機器とワンストップソリューションを提供しています。

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