リチウム電池のエネルギー密度にさらなる改善はありますか？

現在、大規模な産業化が直面している純粋な電気自動車の最初の障害は、「距離不安」の問題です。純粋な電気自動車の場合、その範囲は、電力バッテリーシステムが電気エネルギーを蓄えることができるようになっているため、電力システムのエネルギー密度は電気自動車の航続距離を制限する決定的な要因。

リチウムイオン電池のエネルギー密度が空間を改善するかどうか？

BMWの計算によると、純粋な電気自動車の消費者は、パワーバッテリーシステムと既存の普通の家庭用車の電力の重量を維持すれば、実際の最低走行距離は300 km（普通の車はオイルタンクのフルレンジの約3分の1）です。トレイン（mAhleパワートレイン）も同様で、パワーバッテリーシステムのエネルギー密度は250 wh / Kgのレベルを達成しました。つまり、バッテリーのモノマーエネルギー密度は300 wh / Kgに達しました。

それで、現在のリチウム電気システムは、安全性を満たすために、真円度および他の技術的指標を前提として、そのエネルギー密度は300 wh / Kgに達することができますか？

アノード材料による理論エネルギー密度の観点からのリチウムイオン電池が与えられ、動作電圧の推定が与えられます。ここで、著者は複雑な電気化学および構造化学の概念を脇に置いて、いくつかの簡単な分析を行います。

リチウム電気の既存のシステムは、その高い比エネルギーが主にカソードの低い電極電位に基づいており、いくつかの遷移金属酸化物アノード材料（LCO、LMO、LFP、およびNMC）の商品化に基づいているため、「半分」の高エネルギーバッテリーにしかなり得ません。 ）動作電圧と比容量は、二次電池のカソード材料の水システムよりも大幅に優れていませんでした。

したがって、リチウム電気を「本物の」高エネルギー電池にしたい場合は、電池電圧を上げるか、陽極材料を指定するという2つの方法しかありません。陰極は動作電圧の可能性を低下させないため、高圧は陽極材料に集中する必要があります。ニッケルマンガンスピネルとリッチリチウムマンガンベースの固体溶液カソード材料（OLO）の充電電圧はそれぞれ5Vと4.8Vであり、新しい高電圧電解液システムを採用する必要があります。

容量が小さいため5vニッケルガラクサイトであり、実際にはバッテリーのエネルギー密度を効果的に改善することはできません。現在、OLOの実際の容量は250 mah / gを超える可能性があり、遷移金属酸化物アノード容量の層状理論にすでに非常に近いものです。

特定の容量のSi / C複合カソード材料およびシリコン合金アノード材料が600〜800 mAh / gに達した場合、容量範囲はほぼ実用的な（適切な循環を確保し、体積変化を抑制する）制限です。OLOおよびシリコンベースの高容量アノードの場合コロケーション、約350 wh / Kgのエネルギー密度。

ここで強調したいのは、3 cの場合、小さなセルの体積のエネルギー密度は、エネルギー密度の品質よりも重要です。つまり、層状カソード材料（LCOおよびNMC）は、より高い電圧とより高いNi含有量の開発を実現します。現在、非常に人気のある豊富なリチウムマンガンベースの固溶体であり、アノードのより実用的なアプリケーション価値です。

より高い電圧とより高いニッケル含有量のLCO技術NMC三元材料はますます成熟し、将来的には、Si / C複合カソード容量の高い層状カソード材料または合金アノード材料のより高圧またはより高いニッケル含有量、小さな3Cリチウム電気エネルギー密度は300 wh / Kgのレベルまでさらに向上する可能性があります。

リチウム電気をエネルギーよりもさらに向上させるには、他の通常の化学電源が段階的廃止のREDOXメカニズムを採用しているように、現在埋め込まれている反応メカニズムの束縛を壊す必要があります。つまり、リチウム金属アノードを使用しますが、リチウムデンドライトはショートを引き起こしやすいです回路と高活性デンドライト、そして有機電解液の強い反応により、問題はリチウムイオン電池の出発点に戻りました。

実際、グラファイトカソードを使用したリチウムイオン電池の根本的な原因は、金属リチウムデンドライト、GICの形成を回避し、金属リチウムを高活性に還元するグラファイト埋め込みリチウム化合物（GIC）が安定性を可能にするためですSEIインターフェースなので、リチウムイオン電池の埋め込み反応に基づいて、実際に妥協する必要があります！

過去2年間で、リチウム金属アノードに関する国際的な研究は、最近、アメリカの固体エネルギーの誇大宣伝など、小さなバーストを示しました。実際、基礎研究の角度からはよく理解されており、前述したように、アノード材料には改善の余地があまりなく、電解質はエネルギー密度を改善するためにほとんど何もしません。したがって、残りはカソードからのみ開始できます。リチウム電池の金属アノードを使用すると、当然「究極のリチウム電池」になります。

理論的には、特殊な添加剤を添加した無機固体電解質、高分子電解質、または液体電解質を使用すると、リチウムデンドライトの形成が容易になる可能性がありますが、実際の電池の製造では、多くの技術的な問題に直面します。セキュリティのセクションで説明したように、負の「究極のリチウム電池」としての金属リチウムですが、セキュリティの問題が最初の決定的な要因になります。

個人的には、無機固体電解質をベースにした全固体リチウムイオン電池（全固体リチウムイオン電池）は、リチウム金属アノードの実用化を可能にする可能性が高いと考えています。日本のトヨタ（トヨタ）は、全固体電池は、現在、技術レベルで開発されたプロトタイプ電池が他社や研究機関に先駆けており、トヨタはこの分野で20年近くの研究開発を行っています。

しかし、電極材料の選択、システムのコロケーション、ポールピースプロセス、セル構造の設計など、厳密に制限された多くの技術的指標のための大電力バッテリーは、3cの小型バッテリーとは異なります。これらの要因は、たとえ同じであっても同じです。システムのコロケーション、小容量バッテリーよりも大電力バッテリーのエネルギー密度は低いです。

たとえば、安全上の考慮事項と周期的要因に基づいて、パワーバッテリーは低電圧（V）4.2 / 4.3レベルを維持しようとする必要があります。つまり、パワーバッテリーでの高電圧3c小型バッテリー戦略は適切でない場合があります。

現在、LGの大型三元材料動機モノマーバッテリーのエネルギー密度は220 wh / Kgのレベルを超えています。個人的には、技術分野でさらに推進が進んでいると思います。将来の三元電源バッテリーのモノマーは、このレベルに到達できるはずです。 250 wh / Kgの。

しかし、一般的なモノマー液体リチウムイオン電池のエネルギー密度をさらに改善することを前提として、安全性と周期的な温度性能および要件のコスト面を満たすには、技術的に非常に困難です。グループ後のエネルギー密度電池は、一般に約20％を失います（TeslaModelSの損失45％もの高さ）、つまり200 wh / Kgが正常である可能性がありますシステムのボトルネックのリチウムイオンパワーバッテリーのエネルギー密度。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。