リチウムイオン電池の構成

リチウムイオン電池の構成とリサイクル

のリチウムイオン電池電解液、セパレータ、正極、負極、ケースで構成されています。

電解質リチウムイオン電池には、ゲル、ポリマー、またはゲルとポリマーの混合物が含まれます。

リチウムイオン電池の電解質は、電池内でイオンを輸送する媒体として機能します。通常、リチウム塩と有機溶媒から構成されます。電解質は、リチウムイオン電池の正極と負極の間のイオン輸送において重要な役割を果たし、電池が高電圧と高エネルギー密度を達成できるようにします。電解液は通常、高純度の有機溶媒、リチウム電解質塩、および必要な添加剤を特定の条件下で特定の割合で注意深く組み合わせたもので構成されます。

正極材料リチウムイオン電池の種類:

• LiCoO2
• Li2MnO3
• LiFePO4
• NCM
• NCA

 正極材料は電池全体のコストの 30% 以上を占めます。

陽極リチウムイオン電池には、

リチウムイオン電池の負極は電池全体の約5～10パーセントのコストを占めます。炭素ベースの負極材料は、リチウムイオン電池に一般的に使用される負極材料です。従来の金属リチウム負極と比較して、より高い安全性と安定性を備えています。炭素ベースのアノード材料は、主に天然および人造黒鉛、炭素繊維、その他の材料から作られます。中でも比表面積や導電性が高い黒鉛が主材料であり、炭素材料は化学的安定性やリサイクル性にも優れています。しかし、炭素ベースの負極材料の容量は比較的低く、一部の用途での高容量の要件を満たすことができません。そのため、現在、炭素系負極材料の容量やサイクル寿命をさらに向上させることを目的として、新しい炭素材料や複合材料の研究が進められている。

負極材料には依然としてシリコンカーボンが使用されています。シリコン (Si) 材料: 従来のカーボン負極と比較して、シリコン負極は比容量とエネルギー密度が高くなります。しかし、シリコン材料は膨張率が大きいため、電極の体積膨張が起こりやすく、電池の寿命が短くなってしまう。

セパレータリチウムイオン電池の性能は、電池の性能と安全性を確保する上で重要です。セパレーターの主な機能は、正極と負極を分離することですが、同時にイオン移動のためのチャネルを形成し、必要な電解質を維持することもできます。リチウムイオン電池セパレータの性能と関連パラメータを以下に紹介します。

1. 化学的安定性：ダイアフラムは、有機溶剤条件下で優れた化学的安定性、耐食性、耐老化性を備え、高温、高湿などの過酷な条件下でも安定した性能を維持できる必要があります。

2. 機械的強度: セパレータは、組み立てや使用中に損傷を防ぐために十分な引張強度と耐摩耗性を確保するために、十分な機械的強度と弾性を備えている必要があります。

3. イオン伝導度：有機電解質系では水系電解質系に比べてイオン伝導度が低いため、セパレータには低抵抗かつ高イオン伝導度の特性が求められます。同時に、抵抗を下げるためには、セパレータの厚さをできるだけ薄くし、電極面積をできるだけ大きくする必要があります。

4. 熱安定性：電池動作中に過充電、過放電、短絡などの異常や故障が発生した場合、セパレータは良好な熱安定性を備えていなければなりません。一定の温度になるとダイヤフラムが軟化または溶解し、それによってバッテリーの内部回路が遮断され、バッテリーの安全上の事故が防止されます。

5. 十分な湿潤性と制御可能な細孔構造: セパレータの細孔構造と表面コーティングは、セパレータを確保するために十分な湿潤制御性を備えている必要があり、それによって電池の出力とサイクル寿命が向上します。一般的に言えば、ポリエチレンフレーク（PP）およびポリエチレンフレーク（PE）微多孔質隔膜が現在一般的な隔膜材料であり、価格も比較的安価です。ただし、ポリエステルなどのリチウムイオン電池用セパレータ材料は他にもあり、性能は優れていますが、価格は比較的高価です。