リチウムイオン電池はメンテナンスの手間がかからず、他のほとんどの化学電池では主張できない利点があります。バッテリーにはメモリがないため、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るため、残量計の用途に役立ちます。公称セル電圧 3.60V 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できるため、マルチセル設計に比べて簡素化とコスト削減が実現します。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 はそのプロセスを示しています。
リチウムイオン電池はメンテナンスの手間がかからず、他のほとんどの化学電池では主張できない利点があります。バッテリーにはメモリがないため、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るため、残量計の用途に役立ちます。公称セル電圧 3.60V 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できるため、マルチセル設計に比べて簡素化とコスト削減が実現します。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）としてコークスを使用していました。 1997年以来、ソニーを含むほとんどのリチウムイオンメーカーは、より平坦な放電曲線を達成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サイクル安定性を備えた炭素の一種で、鉛筆の芯に使用されます。最も一般的なカーボン素材で、次に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、リチウムイオンでの商業用途はまだ見つかっていない。リチウムイオンの性能向上が期待される将来の素材はグラフェンです。
図2は、グラファイトアノードを備え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みられてきました。単一のリチウムイオンに結合するには、6 つの炭素 (グラファイト) 原子が必要です。 1 つのケイ素原子は 4 つのリチウムイオンと結合できます。これは、シリコンアノードが理論的にはグラファイトの10倍を超える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となります。したがって、純粋なシリコンアノードは実用的ではなく、良好なサイクル寿命を達成するために、通常、シリコンベースのアノードにわずか 3 ～ 5 パーセントのシリコンが添加されます。
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、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、メーカーは本来の品質を強化できますが、ある強化が別の強化を損なう可能性があります。いわゆる「エネルギーセル」は、比エネルギー (容量) を最適化して、より低い比出力で長い実行時間を実現します。 「パワーセル」は、優れた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、両方を少しだけ提供します。
メーカーは、より高価なコバルトの代わりにニッケルを添加することで、比較的容易に高い比エネルギーと低コストを実現できますが、これによりセルの安定性が低下します。新興企業は市場に迅速に受け入れられるよう、高比エネルギーと低価格に焦点を当て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。評判の良い製造業者は、安全性と寿命に対して高い誠実性を重視しています。
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の正極（カソード）、銅集電体上にコーティングされたカーボン/グラファイト製の負極（アノード）、セパレーター、および電解液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から作られます。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限界をまとめたものです。
投稿日時: 2022 年 6 月 26 日