リチウムイオン電池は化学、長所と短所を使用します

家庭用電化製品では、リチウムイオン電池が広く使用されています。ポータブル電子機器用の最も人気のあるタイプの二次電池の1つとして、エネルギー対重量比が高く、開回路電圧が高く、自己放電率が遅く、メモリー効果がありません。軍用、電気自動車、および航空宇宙用途では、エネルギー密度が高いため、リチウムイオン電池を使用します。

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リチウムイオン電池は、その電極として電極を使用します

アノード材料は、リチウムイオン電池の製造に適しているために、次の基準を満たす必要があります。

●気孔率と導電性に優れています。

●軽量で長持ちし、低価格です。

●優先カソードに電圧を一致させます。

リチウムイオン電池では、アノードまたは負極は通常、銅箔でコーティングされたグラファイトでできています。グラファイトは、金属光沢と黒/灰色の結晶性固体です。電子構造により導電性が高く、単結晶面で25,000S/cm2に達することがあります。

リチウムイオン電池のアノードは、ほとんどの場合、グラファイト粉末でできています。グラファイト材料は、合成されるか（人工グラファイト）、または地面から採掘され（天然グラファイト）、その後、アノードとして銅箔に焼き付けられる前に、高度に処理されます。

リチウムイオンをその多くの層の間に可逆的に配置できるため、グラファイトは一般に負極の活物質として使用されます。最適化された電極を備えたバッテリーのこの可逆的な電気化学的能力は、数千サイクルにわたって維持されます。ただし、このアプリケーションでは、グラファイト表面がリチウムイオン電池の化学的性質と互換性がある必要があります。

リチウムイオン電池の長所と短所

リチウムイオン電池のいくつかの利点は次のとおりです。

●高エネルギー密度

リチウムイオンはニッケルカドミウムの2倍のエネルギー密度を持っているため、他の種類のバッテリーよりもはるかに堅牢な充電機能を備えています。これは、1つのリチウムイオン電池と同じ量の電力を供給するために、ニッケルカドミウム電池の2〜3倍の数が必要になることを意味します。これは、スマートフォン、ラップトップ、電動工具、電気自動車などのデバイスにとって重要です。バッテリーは、利便性と実用性のために、充電の合間に長時間持続するのが理想的だからです。

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●費用対効果

リチウムイオン電池は古くから存在しているため、製造コストが大幅に下がりました。さらに、携帯機器にリチウムイオン電池を使用すると、入手が容易で費用もはるかに安いため、費用対効果がはるかに高くなります。

●連続電圧

リチウムイオン電池のもう1つの利点は、一定の電圧を維持できることです。リチウムイオン電池は、使用量や負荷がどれほど重くても、固定された電圧を正常に維持します。これは、各リチウムイオン電池によって生成される電圧が約3.6ボルトであり、その代替品によって生成される電圧よりも大幅に高いためです。

●メンテナンスが少ない

他の種類のバッテリーとは異なり、リチウムイオンバッテリーは寿命を延ばすために特別な注意を払う必要はありません。サイクルする必要がなく、メモリもありません。他のバッテリーでは、定期的な放電またはバッテリー液の補充が必要になる場合がありますが、これはリチウムイオンで回避できます。それらをプライミングする必要がないため、さらに使いやすくなります。

いくつかの欠点は次のとおりです。

●輸送が難しい。

近年、リチウムイオン電池のデメリットがより顕著になっています。多くの航空会社はリチウムイオン電池の輸送を禁止しており、貨物を船に限定しています。これらのリチウムイオン電池は、航空旅客の機内持ち込み手荷物にも保管する必要があります。

ただし、安全位置の場合、これは時間の経過とともに変化する可能性があります。一方、利用可能な電池の数は限られたままであり、これはリチウムイオン電池の最大の欠点です。

●時間の経過とともに、パフォーマンスが低下します

リチウムイオン電池は寿命が長いですが、性能は時間とともに変化します。リチウムイオン電池の有効性と性能も、時間の経過とともに低下する傾向があります。さらに、リチウムイオン電池は、使用中かどうかに関係なく、性能を低下させる可能性があります。時間に関連する要因により、使用量に加えて無能力が低下します。

●より高度な保護が必要です。

リチウムイオン電池は、他の種類の充電式電池よりも耐久性が低くなります。それらは、ひどく過充電および放電されないように保護する必要があります。それとは別に、リチウムイオン電池は安全にメンテナンスする必要があります。その結果、すべてのリチウムイオン電池には保護回路が必要です。これは、これらの安全限界を維持するために重大な欠点です。

リチウムイオン電池の化学

カソード、アノード、電解質、およびセパレーターは、リチウムイオン電池の4つの主要コンポーネントです。

Li-ionバッテリーのすべてのコンポーネントは重要です。これらのコンポーネントのいずれかが欠落していると、バッテリーは機能しなくなります。

リチウムイオン電池の容量と電圧は、カソードによって決まります。リチウムの化学反応は、リチウムイオン電池で電気を生成します。これがリチウムがバッテリーに挿入される理由であり、リチウムのためのスペースは「カソード」と呼ばれます。

しかし、リチウムは元素の形で不安定であるため、酸素と結合して酸化リチウムを形成し、これがカソードとして使用されます。 「活物質」という用語は、酸化リチウムのように、実際の電池の電極反応に介入する材料を指します。

アノード基板は、カソードと同様に、活物質でコーティングされています。アノードの活物質は、電流が外部回路を流れることを可能にすると同時に、カソードから放出されるリチウムイオンの可逆的な吸収と放出を可能にします。

リチウムイオンは、バッテリーの充電時にカソードではなくアノードに蓄積されます。導線が陰極を陽極に接続すると、リチウムイオンが電解質を通って陰極に自然に戻り、分離された電子（e-）が線に沿って移動し、電気を生成します。

陰極と陽極の説明によれば、リチウムイオンは電解質を通って移動し、電子はワイヤーを通って移動します。これがバッテリーの電気使用能力の鍵です。電解質にイオンが流れると電気が使えなくなり、安全が脅かされます。この重要な役割を果たすコンポーネントは電解質です。カソードとアノードの間で、リチウムイオンの導管として機能します。リチウムイオンが容易に前後に移動できるようにするために、電解質にはイオン伝導性の高い材料が一般的に使用されています。