リチウムイオン電池用アノード材料に関する議論

近年、リチウムイオン電池の人気が高まっていることは間違いありません。そして、これらのバッテリーの成功により、人々はバッテリーの化学組成を実験して未来的なものにしています。現時点で化学がどれほど進んでいても、まだいくつか問題があります。大きなバッテリーのコストは高く、エネルギー密度、サイクル寿命、安全性などにはいくつかの共通の問題があります。

そこで、この記事では、リチウムイオン電池で一般的に使用されているアノード材料について検討します。そして、これらのポータブルバッテリーに関する現在のトレンドとテクノロジーについての知識があることを確認します。

リチウムイオン電池のアノード材料とは何ですか？

リチウムイオン電池の陽極材料は、酸素や塩素ガスを発生しやすいものです。アノードは、放電が発生するポイントです。これは負極であり、これは負の半反応がこちら側で発生することを意味します。アノードに使用される最も一般的な材料はグラファイトです。しかし、徐々に、リチウムイオン電池の電気化学に改善があるかどうかを確認するために、新しい化合物もテストされています。

リチウムイオン電池用のアノード材料の種類：

リチウムイオン電池に一般的に使用されているさまざまな種類のアノード材料を以下に示します。企業にはアノードのさまざまなオプションがあり、それらはすべてさまざまな目的で使用されます。

1：グラファイト：

コンパクトで酸素や塩素ガスを発生しやすい素材です。ただし、グラファイトは非常に脆い化合物であり、慎重に取り扱う必要があります。簡単に損傷する可能性があるため、バッテリーが機能しなくなります。リチウムイオン電池に使用されているグラファイトは不活性です。それでも、高電流密度は酸化反応に影響を及ぼし、二酸化炭素はバッテリーパックから発生するため、注意が必要です。

このアノード材料の最良の製造はTargrayです。それらは低コストと優れたエネルギー密度を提供します。バッテリーの充電率は、バッテリーに使用されているグラフェンのシートによって決まります。充電プロセス中、リチウムイオンはインターカレーションの前にシートの外縁に移動します。それでも、サーキットルートが長いため、周辺は混雑しています。

2：チタン酸リチウム：

リチウムイオン電池のインターカレーションアノード材料です。材料はグラファイトに非常に似ていますが、安定したSEI層を持っています。この資料は、安全を目的として作成されたものです。それは、グラファイトのより良い代替品になる大きな可能性を秘めています。低コスト、毒性、および体積変化を提供し、バッテリーパックに適しています。安全機能が向上しているため、大規模なハイブリッド電気自動車によく使用されます。これに加えて、チタン酸リチウムは高い電力密度と長いサイクル寿命を備えています。この材料の主な欠点は、固有の容量と電子伝導性が低いことです。

それでも、この物質の同素体は、最も広範で有望なアノード材料の1つであると考えられています。

3：シリコン、スズ、コバルト合金などの合金アノード：

インターカレーションプロセスとは別に、アノードに引き付けられる他の2つのメカニズムがあります。それは合金化と変換のメカニズムです。合金化メカニズムには、一般にシリコン、スズ、ゲルマニウム、リンなどの元素が含まれます。これらの材料は、リチウムイオン電池で一般的に使用されているグラファイトよりも多くの貯蔵容量を備えています。最良の選択は、グラファイトの11倍である4200 mAh / gの比容量を持つシリコンです。これらの材料はまた、燃料電池の放電電圧を最大化する低い脱リチウム化電位を持っています。

しかし、合金材料は、電池が直面する最も困難な問題のいくつかを共有しています。最初の問題は膨張と骨折です。これらの材料の大容量は、バッテリーの機械的故障を引き起こす可能性のある大きな体積膨張をもたらします。 2番目の問題は、固体電解質中間相の安定性です。リチウム化と収縮の間に、不安定なSEI層が粒子と電解質の間に形成されます。 3つ目の大きな問題は、体積膨張によって電極が膨張することです。それは電池セルの設計に欠陥を生み出すため、科学者はより良い結果をもたらす他のアノード材料を探す必要があります。

リチウムイオン電池に適したアノード材料を選択する方法は？

ご覧のとおり、アノードに適切な材料を選択している間、深刻な問題が発生します。しかし、従う必要のあるいくつかの基本的な特徴があります。含まれるもの：

・気孔率は優れている必要があります。

・導電率は高くする必要があります。

・耐久性と軽量。

・低コスト。

・アノードの電圧はカソードと一致している必要があります。

リチウムイオン電池のアノードを安定させるために、さまざまなアプローチが取られてきました。バッテリーには保護層が取り付けられています。現在、シリコンが優れた効果的なアノード材料であるかどうかをテストするために、さまざまな研究が行われています。ナノテクノロジーでさえバッテリーと統合されており、さまざまな要素のすべての欠点を取り除くことが可能かどうかをチェックしています。それでも、SEIレイヤーは常にバッテリーに表示されます。この層は電解質で構成されているため、炭酸塩が還元されて熱劣化が増加するリスクがあります。