リチウムイオン電池のアノードとカソードの材料

どのバッテリーにも、エネルギーを提供する化学反応を担う2つの電極があります。バッテリーの放電中に電子を放出する役割を担う電極は、カソードと呼ばれます。放電中に放出された電子を吸収する役割を担う電極は、アノードと呼ばれます。バッテリーでは、カソードは-常に-負極であり、アノードは-常に-正極です。

リチウムイオン電池のアノードとカソードは、リチウムイオンが蓄えられる場所です。バッテリー内の電解質は、正に帯電したリチウムイオンをカソードからアノードに、またはその逆に、放電および充電プロセス中に運びます。リチウムイオンのこの動きにより、カソードに自由電子が生成され、その代わりに正の集電体に正の電荷が生成されます。その後、電流が集電装置から負の集電装置に流れ、その過程でデバイスが動作します。

アノードとカソードに使用される材料は何ですか？

カソード

リチウムイオン電池の大部分は、材料としてグラファイトを使用していました。陰極に使用される黒鉛は、人工黒鉛と呼ばれる合成黒鉛か、天然黒鉛と呼ばれる地球から採掘された黒鉛です。次に、グラファイトは、リチウムイオン電池のカソードとして機能する銅箔で使用される前に処理されます。

リチウムは、リチウムイオン電池の電解質に溶解するイオン塩として使用されます。ただし、一部の電池では、カソード自体の材料としてリチウムを使用することもできます。

リチウムイオン電池では、カソード材料は次のようないくつかの要件を満たす必要があります。

・材料は、良好な導電性と多孔性を備えている必要があります。

・軽量で耐久性のあるものでなければなりません。

・バッテリーを安く保つためには低コストでなければなりません。

・材料は、バッテリーのアノードの電圧と一致している必要があります。

アノード

リチウムイオン電池のアノードを製造する際に使用されている材料オプションは複数あります。リチウムイオン電池のアノードに使用される材料は、不要な金属不純物を含まない非常に純度の高いものでなければなりません。 Liイオン電池のアノードは、リチウムと他の金属の混合物です。リチウムイオン電池のカソード材料は十分に最適化されていますが、アノード材料は拡張の余地があり、今日の研究はこの特定の領域に焦点を合わせています。

リチウムイオン電池のアノードには活物質があります。これは、コバルト、ニッケル、マンガンで構成され、結晶構造で表され、多金属酸化物材料を形成します。次に、リチウムが最終ステップで混合物に追加されます。

リチウムがバッテリーのアノードに適しているのはなぜですか？

リチウムイオン電池のカソードを設計する場合、大容量の材料を使用することが設計面で重要な要素になります。それがアルカリ金属が選択される理由です。さらに、リチウムイオン電池のアノードに使用される材料は、高エネルギー含有量でなければなりません。リチウムは現在、リチウムイオン電池のカソードとして使用するのに好ましい選択肢です。丁寧に取り扱いやすいアルカリ材料のほとんどです。これは、アルカリ金属のファミリーの中で最も軽く、最も電気陽性の金属です。リチウムは、密度が低いため、比容量の値も最も高くなります。

以前のすべては、リチウムをアノードの材料として完璧な選択にしました。さらに、カソードとしてリチウムを使用することには、さらにいくつかの利点があります。

・リチウムは優れた還元剤です。

・より高い電圧が得られます。

・高エネルギー密度と電気化学当量の大容量。

・リチウムは優れた導電剤です。

・リチウムは優れた機械的安定性を備えています。

・リチウムは簡単に製造および製造できます。

より良いリチウムイオン電池のアノードとカソードの材料を選択する方法は？

カソード材料

Liイオン電池のアノードに最も一般的に使用される材料は、炭素およびリチウム合金をベースにした材料です。安全性に関する問題を回避するために、最小電位のインターカレーション電極を使用することをお勧めします。この合金に含まれる元素により、挿入されたリチウムの電解質に対する反応性が低下します。さらに、この合金を使用すると、バッテリーに使用するリチウムが少なくなり、リチウムが少ないほど反応性が低くなり、火災の危険性が少なくなるため、安全性が高まります。

リチウムイオン電池のカソードの材料を選択する場合、その材料は良好な導電性と多孔性でなければなりません。そのため、このプロファイルに適合する分子構造のため、グラファイトが好ましい選択です。また、耐久性と軽量性も必要です。さらに、材料は同じバッテリー内のアノードの電圧と一致する必要があります。

カソードの材料を選択する際にも、コストは大きな要因です。材料は低コストである必要があります。そうすれば、製造業者はバッテリーのコストを抑え、市場で簡単に販売できるようになります。

アノード材料

リチウムイオン電池のアノードは、電池内部で最もアクティブな電極です。アノードの材質は、リチウムイオン電池とその用途に完全に依存します。リチウム金属が負極として機能するため、アノードをリチウム化する必要はありません。リチウムイオン電池では、負極として機能する炭素電極にはリチウムが含まれていないため、正極（端子）がリチウム源として機能する必要があります。そのため、アノード材料を選択する場合、最も一般的な材料は次のとおりです。

・リチウムマンガンスピネル（Li-Mn-O）

・リチウム金属酸化物。

かんらん石（LiFePO4）