リチウム電池の製造に使用される鉱物-材料と利点は何ですか？

リチウムイオン電池業界は現在、大きな革命を経験しています。これらの電池の材料には、非常に多くの希土類鉱物が使用されています。たとえば、アルミニウム、グラファイト、マンガン、銅、リチウム、ニッケル、コバルトなどです。過去20年間で、この業界は、特に原材料に関して、いくつかの深刻な変化を遂げてきました。

あなたが周りに見るすべてのタイプのバッテリーは、多くの複雑な無関係の製品の単なるアセンブリです。鉱物と非鉄金属が大きな役割を果たしています。バッテリーをより効率的にする傾向がこの10年間続くとすれば、この業界はさらに革命を起こすでしょう。

Variant Market Researchは、2024年までにリチウムイオンの市場価値が560億ドルにまで拡大することを示すレポートを発表しました。周りを見渡すと、ほとんどのデバイスや車両がこれらのタイプのセルから電力を供給されていることがわかります。そのため、生産をより安くするために、より多くの材料が採用される予定です。既存の金属に代わって、さまざまな種類の金属を用意します。

次世代バッテリーは、より優れたパフォーマンスを提供するように設計されます。さらに、その時点で使用される材料に関しては、製造コストも大きな影響を及ぼします。使用される金属の影響を与える別の要因は、安全性とセルの寿命です。両社は、少なくとも15年間続く30万回の充電サイクルという目標を目標としています。

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リチウム電池にはどのような材料が使われていますか？

リチウム電池の材料は、4つのカテゴリーに分類できます。それは、カソード、アノード、電解質、およびセパレーターです。カソードは主に、かんらん石、酸化バナジウム、充電式酸化リチウムなどの金属酸化物で構成されています。ただし、電圧の安定性が高いため、ニッケルやコバルトなどの層状酸化物が最もよく使用されます。

それでも、カソード材料では、コバルトは毒性があり、自然界での入手可能性も限られています。これは、大規模な製造に大きな欠点をもたらします。ただし、コストがかかるため、マンガンに置き換えることができます。優れたレート機能には、高い熱しきい値があります。マンガンの唯一の欠点は、サイクリング挙動が浅いことです。

カソードの製造に関しては、各材料に独自の欠点があるため、それらを組み合わせて優れた特性を備えたものを製造します。たとえば、マンガン、ニッケル、コバルトの混合物は、欠点を最小限に抑えるために主に使用されるものです。

アノード材料に関しては、シリコン、金属間化合物、グラファイト、またはリチウム合金材料が使用されます。リチウムは単純明快ですが、短絡やサイクリングの問題など、多くの欠点があります。炭素質アノードは広く入手可能で安価であるため、アノードに最適な材料になっています。

電解質とセパレーターは、特にバッテリーの寿命に関しては不可欠です。電解質において、最も適した材料は、高温と電圧に耐えることができる材料です。さらに、イオンが自由に移動できるように、長い棚が必要です。この場合、固体電解質と高分子電解質が最もよく使用されます。リチウムイオン電池のセパレーターとは、2つの電極が混ざり合うのを防ぐ素材のことです。そうしないと、それらが結合すると、短絡が発生し、バッテリーが機能しなくなる可能性があります。

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リチウム電池の主成分は何ですか？

リチウム電池の主成分を特定するのは難しい。これは、それらがどれほど小さくても大きくても、それらすべてが不可欠であるためです。機能するには、これらすべての成分が必要です。しかし、それらのほとんどには代替品があるため、材料は1つだけです。交換すると電池の意味が一変します。その成分はリチウムであり、これも細胞の名前と同じです。

それが主成分であることを示すのに十分な証拠です。通常、バッテリーにはさまざまな材料が含まれています。これらの素材は、異なるものまたは多くの組み合わせを使用して作られています。リチウムが電池の製造に不可欠である理由は3つあります。最初の特性は、反応中に最も外側の電子を失う可能性があるため、反応性が高いことです。電流は完璧にバッテリーを流れます。それはこの反応性によるものです。

リチウムが好まれるもう一つの理由は、その軽量さのためです。リチウムは、鉛などの他の材料と比較して軽量です。これにより、電話などの小型デバイスに効率的になります。さらに、多くのバッテリーを必要とする車にも使用できます。

もちろん、その充電可能な性質も重要な要素です。リチウムイオン電池は、可動イオンが負極にすばやく移動するため、充電できます。

今後のリチウム電池からどの金属が恩恵を受けるでしょうか？

電気自動車のブームは、来るべきリチウム電池シリーズを金属の面で大騒ぎさせるのに十分です。 BMWやテスラなどのこれらの自動車製造会社は、長持ちするバッテリーを作成するための新しい設計を考案しています。一方、モバイル業界は折りたたみ式でスリムなスマートフォンを作る動きにあります。待ってください、これはすぐに折りたたみ式バッテリーが表示される可能性があることを意味しますか？

技術では、デザインが変わるので不可能なことは何もありません。つまり、他の金属よりも多くの利益をもたらす金属がいくつかあるということです。リチウムイオン電池は、新しい技術がそれを破壊する前に、非常に長い間私たちと一緒にいるでしょう。車や最新のデバイスがそれらを使用しています。つまり、関係する金属は、今後数日でより多くの利益を得るだろうということです。

これらの金属には、グラファイト、ニッケル、コバルト、およびリチウムが含まれます。これらの金属は現代の金になるでしょう。多くの技術的進歩がこれらの金属を中心に構築される予定です。たとえば、テスラモデルSには、5％のアルミニウム、15％のコバルト、80％のニッケルが含まれています。一方、iPhoneのバッテリーは100％純粋なコバルトでできています。ただし、テスラのパワーホールは、マンガン、ニッケル、コバルトが同じ割合で構成されています。

活況を呈しているリチウムイオン電池業界は、将来の金属を決定する業界です。新しいテクノロジーが将来このチェーンを混乱させない限り、私たちはグラファイト、コバルト、リチウム、ニッケルに永遠に行き詰まる可能性があります。