リチウムイオン電池とはどういう意味ですか？

リチウムイオンまたはリチウムイオン電池（LIBとも略されます）は、最も信頼性の高い充電式電池の1つです。それらは、携帯用電子機器や電気自動車にも広く使用されています。今日、それらは軍事および航空宇宙アプリケーションでもますます人気が高まっています。これは、1970年代と1980年代にスタンリー・ウィッティンガム、ジョン・グッドイナフ、ラシド・ヤザミ、吉野彰によって広く開発された技術です。その後、1991年に西美緒のリーダーシップの下、ソニーと旭化成のチームによって商品化されました。

これらのタイプのバッテリーでは、リチウムイオンは、バッテリーが放電されるときに電解質を介して負極から正極に移動し、充電プロセス中に逆方向に移動します。リチウムイオン電池は、正極に材料として挿入されたリチウム化合物を使用し、通常は負極にグラファイトを使用します。これらのバッテリーは、エネルギー密度が高く、メモリー効果がなく、自己放電が少ないことが知られています。ただし、可燃性電解液が含まれているため、安全上のリスクがあり、損傷したり、充電が不十分な場合、爆発や火災を引き起こす可能性があります。技術の巨人であるSamsungは、しばらく前に、リチウムイオン火災のいくつかのケースが報告された後、Galaxy Note7を思い出さなければなりませんでした。ボーイング787バッテリーでもこのような事件がいくつか発生しています。

リチウムイオン電池の化学的性質、コスト、性能、および安全性の特性は、リチウムイオン電池の種類によって異なります。ポータブル電子機器は、主にリチウムポリマー電池（電解質としてポリマーゲルを使用）とコバルト酸リチウム（LiCoO2）をカソード材料として使用します。バッテリーに高いエネルギー密度を提供しますが、特に損傷した場合、安全上のリスクはほとんどありません。リン酸鉄リチウム（LiFePO4）、リチウムイオン酸化マンガン電池（LiMn2O4、Li2MnO3、またはLMO）、そしてエネルギー密度は低いが電池が長いリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（LiNiMnCoO2またはNMC）もあります。寿命があり、火災や爆発の可能性が低くなります。これらのバッテリーは、一般的に電動工具、医療機器、およびその他の機能に使用されます。 NMCは、特に自動車用途の主要な競争相手です。

リチウムイオン電池はどのように機能しますか？

バッテリーは、アノード、カソード、セパレーター、電解質、および2つの集電体（正と負）で構成されています。リチウムはアノードとカソードに蓄えられます。電解質は、アノードからカソードへの放電中に正に帯電したリチウムイオンを輸送し、セパレーターを介して充電されるとその逆になります。リチウムイオンが移動すると、アノードで自由電子が生成され、正の集電体で電荷が生成されます。この電流は、電力が供給されているデバイス（携帯電話、コンピューター、またはデバイスが何であれ）を介して集電装置から負の集電装置に流れます。次に、セパレーターはバッテリー内の電子の流れをブロックします。

エネルギー密度と電力密度

これらのバッテリーについて多くのことを聞いたことがあるなら、バッテリーのこれら2つの非常に一般的な概念であるエネルギー密度と電力密度を聞いたことがあるはずです。エネルギー密度は通常、キログラムあたりのワット時（Wh / kg）で測定され、バッテリーがその質量に関連して節約できるエネルギー量です。一方、電力密度は、キログラムあたりのワット数（W / kg）で測定され、その質量に対するバッテリーから放出または生成できるエネルギーの量です。概観すると、バッテリーをプールのように見てください。エネルギー密度はプールのサイズのようなものですが、電力密度はプールを最短時間で排出する方法を決定します。

では、リチウムイオン電池はどれほど安全ですか？

リチウムイオン電池は私たちの生活に非常に役立ちましたが、危険な場合もあります。特定の条件下では、これらのバッテリーは、ストレスがかかったときに長持ちしない場合や、設計上の欠陥がある場合があります。

リチウムイオン電池の主な問題は、設計の失敗や内部プロセスが最初に適切に機能した欠陥に関連するケースで観察されています。

他のいくつかのケースでは、ストレスイベントがリチウムイオン電池の頻繁な故障につながりました。たとえば、バッテリーが反応していることに気付いた場合（おそらく、非常に低い温度での過熱または充電）、それが問題になる可能性があります。これはバッテリーのプログラミングに影響を与える可能性があり、バッテリーの誤動作を引き起こしたり、デバイスの爆発につながる可能性があります。

なぜリチウムイオン電池を使うのですか？

エネルギー貯蔵に関してリチウムイオン電池が好まれる理由はいくつかあり、以下はいくつかの理由です。

高エネルギー密度

高エネルギー密度は、リチウムイオン電池技術を使用することの主な利点です。携帯電話などの電子機器は、充電と充電の間の動作時間が長くなり、充電中に電力を消費する必要があります。このような機器の場合、より高いエネルギー密度のバッテリーが必要です。また、電動工具や電動工具から、高密度の電力貯蔵装置を必要とする電気自動車まで、多くの電気用途があります。リチウムイオン電池のより高い電力密度は明確な利点です。この高密度バッテリーストレージは、電気自動車が適切に機能するために必要なものです。

自己放電

ほとんどのバッテリー技術の問題は、自己放電率です。リチウムイオン電池は、Ni-CadやNiMH電池などの他の充電式電池よりもはるかに低い自己放電率を持っています。通常、充電後の最初の4時間は約5％で、その後は1か月あたりわずか1〜2％に低下します。

低メンテナンス

リチウムイオン電池の重要な利点は、最適なレベルでの性能を保証するためにメンテナンスが不要なことです。 Ni-Cadセルは、メモリー効果が機能に影響を与えないようにするために、完全に放電する必要があります。リチウムイオン電池には影響がないため、強制的な全放電などのメンテナンスは不要です。

プライミング要件は必要ありません

一部の充電式バッテリーは、最初に充電するときにプライミングする必要があります。これは、リチウムイオン電池では必要ありません。

利用可能なそれらの様々なものがあります

利用可能なリチウムイオン電池またはセルにはさまざまな種類があります。リチウムイオン電池または電池のこの特定の利点は、あらゆる技術的用途で使用するための電池タイプがあることを意味します。これらのバッテリーのいくつかの形式は、高電流密度を提供するため家庭用電化製品に使用できますが、他の形式は、産業用、電動工具、さらには電気自動車にも使用できます。