リチウムイオン電池のエネルギー密度

エネルギー密度は、現在のリチウムイオン電池を制限するための開発の最大のボトルネックです。携帯電話であれ電気自動車であれ、人々はバッテリーのエネルギー密度が新しいレベルに達することを楽しみにしています。これにより、製品または製品範囲のバッテリー寿命が主な問題要因ではなくなります。

鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池からリチウムイオン電池まで、エネルギー密度は継続的に向上しています。しかし、産業規模の発展の速度に対する、人間のエネルギー需要のレベルに対する上昇速度は遅すぎます。男性の進歩がここの「バッテリー」にとどまっているという冗談もあります。もちろん、「ワイヤレス」が（携帯電話の信号のように）電気を得ることができるグローバルパワーワイヤレス伝送を実現できる日があれば、人間はもはやバッテリーを必要とせず、社会開発も自然にバッテリーにカードを付けることはありません。

エネルギー密度がボトルネックとなる状況を踏まえ、世界のすべての国が関連する電池業界の政策目標を策定し、2020年にエネルギー密度の面で電池業界に大きなブレークスルーをもたらすことが期待されています。政府または業界グループによって設定された目標は、基本的に300 wh / kgを指し、現在の上昇は1倍に近いことに基づいています。 2030年、500 wh / kg、さらには700 wh / kgの長期目標である電池業界は、化学システムに大きな進歩を遂げる必要があり、この目標を達成することができました。

リチウムイオン電池のエネルギー密度、既存の化学システムおよび構造のリチウムイオン電池に影響を与える可能性のある多くの要因がありますが、具体的には明らかな制限は何ですか？

上記で分析したところ、エネルギーキャリアとしてのACTSは実際にはリチウム電池であり、他の物質は「廃棄物」ですが、安定性、持続性、電力キャリアの安全性を得るためには、「廃棄物」が不可欠です。たとえば、リチウムイオン電池は、品質の平均より1％強のリチウムであり、残りの99％の成分は他の物質のエネルギー貯蔵機能を担っていません。エジソンの有名な言葉、成功は99％の発汗と1％のインスピレーションです。どこでも、1％は赤、残りの99％は緑の葉であるようですが、そうではありません。

したがって、エネルギー密度を向上させるために、私たちが最初に考えることは、リチウムの比率を上げると同時に、リチウムイオンをアノードから流出させ、カソードに移動させてから、カソードから、輸送エネルギーのサイクルである正の（少なくとも）元の戻りを数えます。

1.正の活物質比率を改善する

正の活物質の比率を改善するために、主にリチウムの比率を改善するために、同じ化学システムで、リチウムの含有量（他のものは等しい）、エネルギー密度も対応する上昇を持つことができます。したがって、特定のサイズと重量の制限の下で、ポジティブな活物質がさらに増えることを願っています。

2.カソード活物質の比率を改善します

これは、正の活物質の増加に協力するためであり、リチウムイオンへの泳ぎ、蓄積されたエネルギーに対応するために、より多くの負の活物質が必要です。カソード活物質が十分でない場合、内部に埋め込まれるのではなく、カソード表面に余分なリチウムイオンが堆積し、不可逆的な化学反応とバッテリー容量の減衰が起こります。

3.特定の貯蔵容量（g）のアノード材料を改善するため

無制限ではなく、説明されたポジティブな活物質の上限があります。正の活物質の量の条件下で、埋め込まれたものを取り除くために正からのリチウムイオンの可能な限り多くだけが化学反応に参加して、エネルギー密度を改善しなければならない。したがって、正の活物質比率が高いほど、より高い比容量指数の品質に対して、埋め込まれたリチウムイオンを取り除くことができることを願っています。

これが、コバルト酸リチウムからリン酸鉄リチウム、そして3元の材料まで、さまざまなアノード材料を研究して選択する理由です。

すでに分析されており、コバルト酸リチウムは137 mAh / gに達する可能性があり、マンガン酸リチウム鉄リン酸塩リチウムの実際の値は約120 mAh / gであり、ニッケルコバルトマンガン3元は180 mah / gに達する可能性があります。再び上向きになりたいのなら、新しいアノード材料を研究する必要があり、工業化が進んでいます。

4.アノード材料の比容量を改善します

相対的に、アノード材料の比容量はリチウムイオンではありませんバッテリーのエネルギー密度が主なボトルネックですが、負の比容量をさらに高めると、品質によって負電極材料が少なくなり、より多くのリチウムイオンを収容できるため、目的を達成できます上昇するエネルギー密度の。

グラファイトカソードカーボン材料では、理論上の比容量は372 mAh / gであり、ハードカーボン材料とナノカーボン材料の研究に基づいて、比容量を600 mah / g以上に増やすことができます。スズおよびシリコンベースのアノード材料は、アノードの比容量を非常に高いレベルに高めることもできます。これらは、現在の研究のホットスポットの方向性です。

5.減量痩身

マイナス活物質のプラスに加えて、電解質、絶縁フィルム、接着剤、導電剤、液体の収集、マトリックス、シェル材料などはすべてリチウムイオン電池の「自重」であり、全体の約40％を占めています。バッテリーの重量。材料の重量を減らすことができ、同時にバッテリーの性能に影響を与えない場合、リチウムイオンバッテリーのエネルギー密度を向上させることもできます。

このエッセイでは、合理的な解決策を見つけるために、電解質、分離フィルム、接着剤、マトリックスと流体の収集、シェル材料と製造プロセスの詳細な調査と分析を行う必要があります。いくつかを改善するためのすべての側面、それはバッテリーの全範囲のエネルギー密度の上昇である可能性があります。

上記の分析からわかるように、リチウムイオン電池のエネルギー密度を改善することはシステムエンジニアリングであり、製造プロセスを改善し、既存の材料性能を改善し、新しい材料と新しい化学システムの開発をこれまでに数回行います側面、短期、中期、長期の解決策を探しています。

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