リチウムイオンはメンテナンスの少ないバッテリーであり、他のほとんどの化学物質では主張できない利点です。バッテリーにはメモリーがなく、良好な状態を維持するために運動 (意図的な完全放電) を行う必要はありません。自己放電はニッケルベースのシステムの半分以下であり、これは残量計アプリケーションに役立ちます。3.60V の公称セル電圧は、携帯電話、タブレット、デジタル カメラに直接電力を供給することができ、マルチセル設計よりも簡素化とコスト削減を実現します。欠点は、悪用を防ぐための保護回路が必要なことと、価格が高いことです。
リチウムイオン電池の種類
図 1 にプロセスを示します。
リチウムイオンはメンテナンスの少ないバッテリーであり、他のほとんどの化学物質では主張できない利点です。バッテリーにはメモリーがなく、良好な状態を維持するために運動 (意図的な完全放電) を行う必要はありません。自己放電はニッケルベースのシステムの半分以下であり、これは残量計アプリケーションに役立ちます。3.60V の公称セル電圧は、携帯電話、タブレット、デジタル カメラに直接電力を供給することができ、マルチセル設計よりも簡素化とコスト削減を実現します。欠点は、悪用を防ぐための保護回路が必要なことと、価格が高いことです。
ソニー独自のリチウムイオン電池は、負極（石炭製品）にコークスを使用していました。1997 年以降、ソニーを含むほとんどのリチウム イオン メーカーは、よりフラットな放電曲線を実現するためにグラファイトに移行しました。グラファイトは、長期間のサイクル安定性を備えた炭素の一種で、鉛筆に使用されています。最も一般的なカーボン素材で、ハードカーボンとソフトカーボンが続きます。ナノチューブ カーボンは、絡み合って性能に影響を与える傾向があるため、リチウムイオンではまだ商業利用されていません。リチウムイオンの性能向上を約束する将来の材料はグラフェンです。
図 2 は、グラファイト アノードを使用した最新のリチウムイオンと初期のコークス バージョンの電圧放電曲線を示しています。
グラファイトアノードの性能を向上させるために、シリコンベースの合金を含むいくつかの添加剤が試されてきました。単一のリチウムイオンに結合するには、6 個の炭素 (グラファイト) 原子が必要です。1 つのシリコン原子は 4 つのリチウム イオンに結合できます。これは、シリコンアノードが理論的にグラファイトの10倍以上のエネルギーを蓄えることができることを意味しますが、充電中のアノードの膨張が問題です。したがって、純粋なシリコン アノードは実用的ではなく、通常、シリコン ベースのアノードには、良好なサイクル寿命を達成するために 3 ～ 5 パーセントのシリコンしか追加されません。
ナノ構造のチタン酸リチウムをアノード添加剤として使用すると、有望なサイクル寿命、優れた負荷能力、優れた低温性能、および優れた安全性が示されますが、比エネルギーが低く、コストが高くなります。
カソードとアノードの材料を実験することで、製造業者は固有の品質を強化できますが、強化によって別の強化が損なわれる可能性があります。いわゆる「エナジー セル」は、比エネルギー (容量) を最適化して長い実行時間を実現しますが、比電力は低くなります。「パワーセル」は比類のない比出力を提供しますが、容量は低くなります。「ハイブリッド セル」は妥協案であり、両方を少しずつ提供します。
メーカーは、より高価なコバルトの代わりにニッケルを追加することで、比較的簡単に高い比エネルギーと低コストを達成できますが、これによりセルの安定性が低下します。新興企業は、市場での迅速な受け入れを得るために高比エネルギーと低価格に注力するかもしれませんが、安全性と耐久性を犠牲にすることはできません。評判の良いメーカーは、安全性と寿命に高い信頼性を置いています。
ほとんどのリチウムイオン電池は、アルミニウム集電体上にコーティングされた金属酸化物正極 (カソード)、銅集電体上にコーティングされた炭素/グラファイト製の負極 (アノード)、セパレーター、および電解質で構成される同様の設計を共有しています。有機溶媒中のリチウム塩でできています。詳細については、teda battery.com をご覧ください。
表 3 は、リチウムイオンの利点と制限をまとめたものです。
投稿時間: 2022 年 6 月 26 日