リチウムイオン電池の動作原理

リチウムイオン電池は、負極に炭素材料、正極にリチウム含有化合物を使用しており、リチウム金属は存在せず、リチウムイオンのみを使用しています。リチウムイオン電池は、リチウムイオンインターカレーション化合物を正極材料として使用する電池の総称です。リチウムイオン電池の充電および放電プロセスは、リチウムイオンを挿入および脱挿入するプロセスです。リチウムイオンのインターカレーションおよびデインターカレーションのプロセスにおいて、リチウムイオンとの等価電子の同時挿入およびデインターカレーション（一般に、正極の埋め込みまたはデインターカレーション、および負極の挿入またはデインターカレーションと呼ばれる）。充電および放電中、リチウムイオンは正極と負極の間に挿入/脱挿入され、挿入/脱挿入され、適切に「ロッキングチェア電池」と呼ばれます。

リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、平均出力電圧が高い。自己放電は小さく、月に10％未満です。メモリー効果はありません。動作温度範囲は-20°Cから60°Cです。高いサイクル性能、高速充電および放電、最大100％の充電効率、および出力電力。長い耐用年数。環境汚染はなく、グリーンバッテリーと呼ばれています。

作用機序

リチウムイオン電池は、負極に炭素材料、正極にリチウム含有化合物を使用しており、リチウム金属は存在せず、リチウムイオンのみを使用しています。リチウムイオン電池は、リチウムイオンインターカレーション化合物を正極材料として使用する電池の総称です。リチウムイオン電池の充電および放電プロセスは、リチウムイオンを挿入および脱挿入するプロセスです。リチウムイオンのインターカレーションおよびデインターカレーションのプロセスにおいて、リチウムイオンとの等価電子の同時挿入およびデインターカレーション（一般に、正極の埋め込みまたはデインターカレーション、および負極の挿入またはデインターカレーションと呼ばれる）。充電および放電中、リチウムイオンは正極と負極の間に挿入/脱挿入され、挿入/脱挿入され、適切に「ロッキングチェア電池」と呼ばれます。

バッテリーが充電されると、バッテリーの正極でリチウムイオンが生成され、結果として生じるリチウムイオンは電解液を通って負極に移動します。負極としての炭素は層状構造になっています。それは多くの微細孔を持っています。負極に到達したリチウムイオンは、炭素層の微細孔に埋め込まれます。埋め込まれるリチウムイオンが多いほど、充電容量は高くなります。同様に、バッテリーが放電されると（つまり、バッテリーを使用するとき）、負の炭素層に埋め込まれたリチウムイオンが除去され、正極に戻ります。正極に戻るリチウムイオンが多いほど、放電容量は大きくなります。

一般的に、リチウム電池の充電電流は0.2℃〜1℃に設定されています。電流が大きいほど、充電が速くなり、バッテリーの熱が大きくなります。さらに、バッテリー内部の電気化学反応に時間がかかるため、過電流充電では十分ではありません。ビールを注ぐのと同じように、注ぐのが速すぎると泡が発生しますが、不満があります。

使用（排出）に関する注意事項

バッテリーの場合、通常の使用は放電のプロセスです。リチウム電池の放電には、いくつかの点に注意する必要があります。

まず、放電電流が大きすぎてはいけません。過大な電流はバッテリー内部の熱を引き起こし、永久的な損傷を引き起こす可能性があります。電話では、それは何も悪いことではありません。

右の図から、バッテリーの放電電流が大きいほど、放電容量が小さくなり、電圧降下が速くなることがわかります。

第二に、絶対に過放電しないでください！リチウム電池の電気エネルギーの内部貯蔵は、電気化学における可逆的な化学変化によって達成されます。過剰な放電は、この化学変化の不可逆反応につながります。したがって、リチウム電池は過放電を最も恐れています。放電電圧が2.7Vを下回ると、バッテリーがスクラップになる可能性があります。幸いなことに、保護回路は携帯電話のバッテリーの中に取り付けられています。電圧はまだバッテリーを損傷するほど低くはありません。保護回路が作動し、放電を停止します。

「リチウム電池」は、負極材料としてリチウム金属またはリチウム合金を使用し、非水電解液を使用する電池の一種です。 1912年に、リチウム金属電池が最初に提案され、GilbertNによって研究されました。ルイス。 1970年代に、MS Whittinghamはリチウムイオン電池を提案し、研究を開始しました。リチウム金属の非常に活発な化学的性質のために、リチウム金属の処理、保存、および使用には、非常に高い環境要件が必要です。そのため、リチウム電池は長い間使用されていません。科学技術の発展に伴い、リチウム電池が主流になりました。

リチウム電池は、リチウム金属電池とリチウムイオン電池の2つのカテゴリに大別できます。リチウムイオン電池は金属リチウムを含まず、充電が可能です。二次電池の第5世代リチウム金属電池は1996年に誕生し、その安全性、比容量、自己放電率、性能価格はリチウムイオン電池よりも優れています。独自のハイテク要件により、現在、このリチウム金属電池を製造しているのはほんの数カ国の企業です。

リチウム金属電池：

リチウム金属電池は、一般に、正極材料として二酸化マンガンを使用し、負極材料としてリチウム金属またはその合金金属を使用し、非水性電解質溶液を使用する電池。

リチウム電池の基本原理

リチウム電池の基本原理

放電反応：Li + MnO2 = LiMnO2

リチウムイオン電池：

リチウムイオン電池は、一般に、正極材料としてリチウム合金金属酸化物、負極材料としてグラファイト、および非水電解質を使用する電池を使用します。

充電正極で発生する反応は

LiCoO2 = Li（1-x）CoO2 + XLi + Xe-（電子）

電荷の負極で発生する反応は

6C + XLi + Xe- = LixC 6

充電式バッテリーの総反応：LiCoO2 +6 C = Li（1-x）CoO2 + LixC6

正極

ポジティブ材料：多くのオプションのポジティブ材料があり、主流の製品は主にリン酸鉄リチウムです。さまざまな肯定的な材料の比較：

LiCoO2

3.7 V

140mAh / g

Li2Mn2O4

4.0 V

100 mAh / g

LiFePO4

3.3 V

100 mAh / g

Li2FePO4F

3.6 V

115 mAh / g

正極反応：放電中にリチウムイオンが埋め込まれ、充電中にリチウムイオンがデインターカレートされます。充電時：LiFePO4→Li1-xFePO4 + xLi ++ xe-放電：Li1-xFePO4 + xLi ++ xe-→LiFePO4。

負極

ネガティブマテリアル：より多くのグラファイト。新しい研究により、チタン酸塩がより良い材料である可能性があることがわかりました。

負電極反応：リチウムイオンは放電中にデインターカレートされ、リチウムイオンは充電中に埋め込まれます。

充電時：xLi + + XE- + 6C→LixC6

放電：LixC6→xLi + XE- + 6C

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