シリコンアノード材料を使用してバッテリー容量を増やす方法

黒鉛を負極とする現在のリチウム電池の製造方法とは異なり、日本のリチウム電池業界はリチウム電池の容量を増やすためにクライマックスを迎えており、具体的な対策はシリコン負極に依存することです。

GS Tangshao Companyは、炭酸リチウムを負極として使用して電池寿命を延ばし、シリコンを負極として使用して電池容量を増やすことができるリン酸鉄リチウム電池を試作しました。グラファイト負極と比較した実験で証明できます。 300サイクルの使用後のバッテリーの残り容量は、40％から約80％へとほぼ2倍になります。また、シリコン負極リチウム電池は低温性能が良く、電池容量を増やすことができます。シリコン負極の成功例として、三菱自動車の電気自動車用の浅いリチウム電池と、日立マクセルの家電分野のシリコンナノ負極材料があります。

シリコンナノ材料の外観は、シリコンの物理的特性によって決まります。シリコンはグラファイトの10倍のエネルギーを蓄えることができますが、膨張と収縮の体積差は最大4倍であり、使用回数が増えると、電極材料炉と電極材料および集電体の間の結合力は弱くなり、リチウムイオン電池の性能に影響を与えます。

日本のリチウム電池研究の専門家は、この問題の解決策は理論的にはシリコンイオン間の間隔を広げることであると信じていますが、それが過度に拡大すると、電子とリチウムイオンの動きが減少し、電池の性能が低下します。この問題は、マクセルの民生用リチウムイオン電池の分野で最初に解決されました。つまり、シリコン粒子がナノメートルサイズに縮小され、グラファイトと混合されました。シリコンベースの材料を使用すると、グラファイトを使用した場合と同じ容量が保証されますが、500サイクル後の容量が大幅に向上します。

別のシリコンネガティブリチウム電池メーカーである三井金属は、このリチウム電池アプリケーションを家電製品と電気自動車の両方に適用することを決意しています。目標は、2012年に消費者セクターで実用化され、2015年に自動車用リチウム電池として使用することです。

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