無公害の緑色電池-リチウム電池

1860年、フランスの科学者Lechrancheは、化学力の新時代を明らかにするために乾電池を発明しました。乾電池の正極材は二酸化マンガン、正極導体はカーボンロッド、負極は亜鉛管で、負極と容器の両方を兼ねています。電解液は塩化亜鉛と塩化アンモニウムの混合物です。乾電池の端子電圧は1.5ボルトです。乾電池は、100年以上にわたり、ラジオ、照明、懐中電灯、電卓、家電製品で人間に恩恵をもたらし、今日では日常生活に欠かせない化学電源となっています。ただし、乾電池は一次電池であるため、充電できず、使い切ると廃棄され、環境汚染の原因となります。リチウム電池の発明は、乾電池の欠点を克服し、電池の新星です。

ラップトップにはどのようなバッテリーが搭載されているのか聞いてみます。携帯電話の電源は？デジタルカメラに搭載されている化学電源とは何ですか？答えは1つです。それはリチウム電池です。リチウム電池の最初の発明は偉大な発明家エジソンでしたが、当時（100年前）の技術的限界と金属リチウムが最も活性の高い化学元素であったため、エジソンは実用的な価値のある電池を作ることができませんでした。実用的な価値を持つ世界初のリチウム電池が製造されたのは1973年のことでした。当初、リチウム電池は心臓ペースメーカーでのみ使用されていました。リチウム電池の自己放電率が非常に低いため、放電電圧が安定しており、心臓ペースメーカーをナイフで人体に植え込んだ後、長期間使用することができます。たとえば、バッテリーは10年以上交換されていません。リチウム電池の発明により、何千人もの心臓病患者が救われ、彼らは生き返り、寿命を延ばしました。

最初の心臓ペースメーカーが1966年に導入されて以来、40年以上経過しています。数十万の心臓ペーシングが手術によって人体に埋め込まれ、心臓病患者の寿命を延ばし、安全で信頼性が高くなっています。ようこそ。心臓ペースメーカーの電源は、もともと亜鉛水銀電池でした。このバッテリーは小型で長寿命ですが、水銀を含んでいます。 1980年、海外でヨウ化リチウム電池を使用した心臓ペースメーカーの寿命は10年以上です。心臓ペースメーカーの電源として使用されます。水銀フリー、無公害、安全で信頼性があります。それは心臓病患者の福音です。

1973年、リチウム電池の登場と応用により、化学力の新たな時代が明らかになりました。リチウム電池は、エネルギー密度が高く、軽量で導電性に優れており、環境汚染がないという特徴があります。創業以来大量に使用されており、新たな化学電源となっています。より優れた性能を備えたさまざまなリチウム電池製品を開発するために、さまざまな材料が研究されてきました。そのため、前例のない製品を作成します。例：二酸化硫黄リチウム（Li-SO2）バッテリーおよび塩化チオニルリチウム（Li-SOCl2）バッテリー。その正の活物質は、電解質の溶媒でもあります。この構造は、水性ではない電解質でのみ発生します。では、なぜリチウム電池はこんなに大きな力を持っているのか、どのような素材でできているのか、そしてどのように構成されているのでしょうか。なぜ他の電池に比べて優れた特性を持っているのですか？オリジナルのリチウム電池と他の電池との主な違いは、負極材料として金属リチウムまたはリチウム合金が使用されていることです。リチウム電池は、負極としてリチウム金属またはリチウム合金を使用していることから名付けられました。なぜ人々は負極として金属リチウムを選ぶのですか？その理由は、リチウムが化学周期表の2番目のサイクルの最初のメイングループにあるためです。用紙形式のテンプレートエッセイのリチウムの化学元素記号はLi、リチウムの電気陰性度は0.97、標準電極電位は-3.02ボルトです。すべての金属の中で、リチウムの標準電極電位が最も負であるため、リチウムおよびその他の物質が適用されます。バッテリーは、すべての金属の中で最も高い電圧、つまり最大3.6ボルトで構成されています。通常の電池（通常の乾電池-亜鉛-マンガン電池など）の電圧はわずか1.5ボルトです。つまり、リチウム電池の電圧は通常の電池の2倍以上です。

1992年、ソニーはリチウムイオン電池の開発に成功し、携帯電話やノートブックコンピューターへの応用に成功しました。これらの携帯型電子機器の重量と体積が大幅に削減され、使用時間が大幅に延長されます。リチウム電池は重金属クロムを含まないため、環境汚染を引き起こしません。真のグリーンバッテリーです

汚染のないグリーンバッテリー

リチウム電池の特性

リチウム電池には、カドミウム、クロム、鉛、水銀などの重金属は含まれていません。汚染のないグリーン電池です。さらに、リチウム電池には次の特徴があります。

1.重量対エネルギー比および体積対エネルギー比が高い：つまり、リチウム電池は重量および体積が小さいが、大量の電気エネルギーを放出します。分子として電気エネルギーを使用し、分母として重量または体積を使用します。分子のサイズが大きいため、分母が小さく、比率が大きくなります。たとえば、鉛蓄電池と比較して同じエネルギーのリチウム電池は、鉛蓄電池の4分の1の重量と体積しかありません。そのため、リチウム電池は軽量かつ高出力であり、将来的にはかさばる鉛蓄電池に取って代わることは避けられません。 2.自己放電が小さく、長期間保存できることは、バッテリーの最大の利点です。

3.メモリー効果なし。リチウム電池には、ニッケルカドミウム電池のようないわゆるメモリー効果がないため、充電時にリチウム電池を放電する必要はありません。

4.長寿命。通常の動作条件下では、リチウム電池の充電と放電のサイクル数は500倍をはるかに超えています。

5.すばやく充電できます。リチウム電池は通常、0.5〜1回の電流で充電できます。これにより、充電時間が1〜2時間に短縮されます。

6.並行して使用できます。

7.バッテリーにはカドミウム、鉛筆、水銀などの重金属元素が含まれていないため、環境に優しく、世界で最も先進的なグリーンバッテリーです。

8.広い動作温度範囲。 -55Cから+ 75Cまで動作できます。

9.コストが高い。他の二次電池と比較して、リチウム電池はより高価です。

リチウム電池の化学反応機構：

リチウム電池には多くの種類があります。より実用的なリチウム電池は、リチウムポリフッ素化グラファイト電池、リチウムマンガン二酸化物電池、リチウム二酸化硫黄電池、リチウムチオニルクロリド電池、および1992年にソニーによって開発されたリチウムイオン電池です。現在リチウムを使用-ポリフッ素化グラファイト電池を例として取り上げます。リチウム電池の電気化学反応メカニズムを説明するために：

肯定的な反応：

（CF）n + ne- = nC + nF

否定的な反応：

nLi→nLi— + ne

総バッテリー応答：

（CF）n + nLi→nC + nLiF

二酸化マンガンリチウム電池は、最も広く使用されており、最も安価なリチウム電池です。炭酸プロピレン（PC）とジメチルオキシエチレン（DMF）の混合溶媒に1Mの濃度で溶解した正極活物質として安価なγ-MnO2を使用しています。 2つの比率は次のとおりです。PC：DMF = 1：1。

リチウムマンガン電池の電池応答は次のとおりです。

否定的な反応：Li→Li ++ e

正極反応：MnO2 + Li + e→MnO2（Li +）

総バッテリー反応：Li + MnO2→MnO2（Li +）

シンプルな構造とより多くのタイプ

リチウム電池の構造

リチウム電池の形状は、コイン型、ボトル型、ボタン型、シリンダー型です。電池内部はスパイラル巻き構造を採用しており、正極と負極の間に非常に微細で透磁率の高いポリエチレンフィルム絶縁材を配置しています。正極には、リチウムと二酸化炭素からなるリチウムイオンコレクターと、アルミニウム膜からなる集電体が含まれています。負極は、シート状の炭素材料で構成されたリチウムイオンコレクターと銅膜で構成された集電体で構成されています。バッテリーの内部は有機電解液で満たされています。安全弁とPTCコンポーネントも含まれており、異常状態や出力短絡時の損傷からバッテリーを保護します。

下の図は、円筒形リチウム電池の構造を示しています。電池は塩化チオニルリチウム電池です。

塩化チオニルリチウム電池の構造図

イオン電池は強力です

リチウムイオン電池の特性

1992年、ソニー（SONY）はリチウムイオン電池の開封に成功し、ノートパソコンや携帯電話の電源として応用し、化学電源の新しいページを発表しました。リチウムイオン電池は、液体リチウムイオン電池とポリマーリチウムイオン電池で利用できます。その中で、液体リチウムイオン電池の正極はリチウム化合物LiCoO2またはLiMn204であり、負極はリチウム-炭素インターカレーション化合物である。リチウムイオン電池には、動作電圧が高く、容量が小さく、軽量で、エネルギーが高く、メモリー効果がなく、自己放電が少なく、サイクル寿命が長いという利点があります。 21世紀の発展に理想的な電源です。要約すると、リチウムイオン電池には次の特徴があります。

1.高エネルギー密度リチウムイオン電池は、同じ容量のニッケルカドミウム電池またはニッケル水素電池の半分の重量で、体積はニッケルカドミウムの40％から50％、ニッケル水素の20％から30％です。

2.高電圧リチウムイオン電池は3.7ボルト（平均）の電圧で動作します。これは、直列に接続された3つのニッケルカドミウム電池またはニッケル水素電池に相当します。

3.無公害のリチウム電池には、カドミウム、鉛、水銀などの有害な金属物質が含まれていません。

4.リチウムを含まないリチウムイオン電池には金属リチウムが含まれていないため、リチウム電池を搭載した旅客機の航空機輸送による制限の対象にはなりません。

5.通常の状態での高いサイクル寿命では、リチウムイオンの充電および放電サイクルは500倍を超える可能性があります。

6.急速充電では、定格電圧4.2Vの定電流および定電圧充電器を使用して、リチウムイオン電池を1〜2時間で完全に充電します。

7.長寿命のリチウム電池は、完全に充電して保管する必要があり、20℃で半年以上保管できます。

乾電池は一次電池です。一度使用すると廃棄されます。二次電池の場合、寿命は電池の性能を測定するための重要な指標です。二次電池は一度充電・放電され、サイクルと呼ばれます。特定の充電および放電システムの下で、バッテリー容量が特定の値に達する前にバッテリーが充電および放電される回数は、二次バッテリーの使用サイクルと呼ばれます。リチウムイオン電池は、優れた貯蔵特性と長いサイクルを備えています。化学電源の大きな特徴のひとつは、使用時に放電し、使用しないときは蓄えることができることです。いわゆる二次電池の蓄電池（鉛蓄電池やリチウム電池など、二次電池と呼ばれる二次電池。充電できない電池は、夏門電池工場製三巻電池などの一次電池）。 。有望な見通し

リチウムイオン電池の開発見通し

リチウムイオン電池は、その独自の性能上の利点により、ラップトップ、カムコーダー、モバイル通信などの携帯機器で広く使用されています。

現在、開発した大容量リチウムイオン電池は、電気自動車で実証されており、21世紀の電気自動車の主力となることが期待されており、航空宇宙、衛星、エネルギー貯蔵などに幅広く利用されます。

化学電源の開発のための2つの条件は次のとおりです。（1）バッテリーの比エネルギー密度が高い。 （2）長期保管：漏れ防止、自己放電率が非常に低い。リチウム電池にはこの2つの条件があるため、開発の見通しは無限大です。航空宇宙、衛星、ラップトップ、移動体通信（携帯電話）、電気自動車の開発により、新しいリチウム電池が誕生しました。

上位2つは広く使用されています

シングルセルリチウム電池アプリケーション

シングルセルリチウム電池の電圧は3.6ボルトで、3ボルトの電源に取って代わることができます。そのため、通常の2セル電池に取って代わる電池は1つだけで、ラジオ、パソコン、デジタルカメラ、電子時計などの小型家電製品に軽量であるだけでなく、時間もかかります。使用する。

リチウム電池電気自動車の展望

リチウム電池の開発に伴い、リチウム電池電気自動車やリチウム電池車が登場しつつあります。現在、道路上の電気自動車には鉛蓄電池が搭載されており、寿命や充電・放電回数はリチウム電池よりはるかに少ない。リチウム電池を電気自動車に搭載すると、そのメルセデス速度は鉛蓄電池電気自動車の速度を大幅に上回ります。また、バッテリーの重量を半分以上減らすことができます。電池の消耗による環境汚染の問題は非常に重要です。たとえば、電気自動車の電力には、鉛、硫酸、その他の金属やプラスチックで構成される鉛蓄電池が使用されています。本体はかさばり、内部に大量の鉛が含まれています。任意に排出される無機塩は、土壌や水源を深刻に汚染し、鉛蒸気を生成します。環境に深刻なダメージを与えます。

このため、鉛蓄電池に代わる、実用的で環境にやさしい新しいパワーバッテリーを開発することが不可欠です。この文脈では、リチウムイオン電気自動車のパワーバッテリーが際立っています。カドミウム、鉛、水銀を含まないため。健康を確保するために、使用中および製造中に汚染物質は生成されません。リチウム電池を搭載した電気自動車にも多くのメリットがあり、家族の移動手段として欠かせません。最も重要な利点は軽量です。多くの消費者は、鉛蓄電池がかさばりすぎると不満を漏らしています。バッテリーのグループは20〜30 kgで、高齢者や子供が持ち運びが困難です。リチウム電池は通常、旧1M4である7キログラム上下し、寿命は通常の鉛蓄電池の3〜4倍です。お年寄りや子供が移動します。

リチウム電池の識別

IEC61960規格に準拠した二次リチウム電池の識別：

1.バッテリーのロゴは、3文字の後に5桁（円筒形）または数字（正方形）が続くもので構成されます

2.最初の文字は、バッテリーの負極材料を示します。

3. 2番目の文字は、バッテリーの正極材料を示します。

4.3番目の文字はバッテリーの形状を示します

5.デジタル円筒形電池には、電池の直径と高さをそれぞれ表す5つの数字があります。

たとえば、CIRI8650は、円筒形の二次リチウム電池の正極材料がコバルトであり、直径が18 mm、高さが65mmであることを示しています。

ICP883448は、正方形の二次リチウムイオン電池の正極材料がコバルトであり、厚さが8 mm、幅が34 mm、高さが48mmであることを示しています。

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