リチウム電池は、負極材料としてリチウム金属またはリチウム合金を使用し、非水電解液を使用する電池の一種です。最も初期に発表されたリチウム電池は偉大な発明家エジソンのものでした。
リチウム電池 – リチウム電池
リチウム電池
リチウム電池は、負極材料としてリチウム金属またはリチウム合金を使用し、非水電解液を使用する電池の一種です。最も初期に発表されたリチウム電池は偉大な発明家エジソンのものでした。
リチウム金属の化学的性質は非常に活発であるため、リチウム金属の加工、保管、および用途には非常に高い環境要件が求められます。そのため、リチウム電池は長い間使用されていませんでした。
20世紀のマイクロエレクトロニクス技術の発展に伴い、デバイスの小型化は日々増加しており、電源に対する高い要求が高まっています。そして、リチウム電池は大規模な実用段階に入った。
初めて心臓ペースメーカーに使用されました。リチウム電池は自己放電率が極めて低いため、放電電圧が急峻になります。これにより、ペースメーカーを長期間人体に埋め込むことが可能になります。
リチウム電池は通常、公称電圧が 3.0 ボルトより高く、集積回路の電源に適しています。二酸化マンガン電池は、コンピュータ、電卓、カメラ、時計などに広く使用されています。
より性能の高い品種を開発するために、さまざまな素材が研究されてきました。そして、これまでにない製品を作ります。例えば、二酸化硫黄リチウム電池や塩化チオニルリチウム電池は非常に特徴的です。それらの正極活物質は電解質の溶媒でもあります。この構造は、非水電気化学システムにのみ存在します。したがって、リチウム電池の研究は、非水系の電気化学理論の発展も促進しました。さまざまな非水溶媒の使用に加えて、ポリマー薄膜電池の研究も行われています。
1992年、ソニーはリチウムイオン電池の開発に成功しました。実用化により、携帯電話やノートパソコンなどのポータブル電子機器の重量と体積が大幅に軽減されます。使用時間が大幅に延長されます。リチウムイオン電池は重金属クロムを含まないため、ニッケルクロム電池に比べて環境への汚染が大幅に軽減されます。
1. リチウムイオン電池
リチウムイオン電池は現在、液体リチウムイオン電池 (LIB) とポリマーリチウムイオン電池 (PLB) の 2 つのカテゴリに分類されています。このうち、液体リチウムイオン電池とは、Li + 層間化合物を正極および負極とする二次電池を指します。正極にはリチウム化合物 LiCoO2 または LiMn2O4 が選択され、負極にはリチウム - カーボン層間化合物が選択されます。リチウムイオン電池は、動作電圧が高く、小型、軽量、高エネルギー、メモリー効果がなく、汚染がなく、自己放電が少なく、サイクル寿命が長いため、21 世紀の開発にとって理想的な原動力です。
2. リチウムイオン電池開発の歴史
リチウム電池とリチウムイオン電池は、20世紀に開発に成功した新しい高エネルギー電池です。この電池は負極に金属リチウム、正極にMnO2、SOCL2、(CFx)nなどを使用しており、1970年代に実用化されました。高エネルギー、高バッテリ電圧、広い動作温度範囲、長い保存寿命のため、携帯電話、ポータブルコンピュータ、ビデオカメラ、カメラなどの軍用および民間の小型電気機器に部分的に広く使用されています。従来のバッテリーを置き換えます。。
3. リチウムイオン電池の開発展望
リチウムイオン電池は、その独自の機能上の利点により、ラップトップ コンピューター、ビデオ カメラ、モバイル通信などのポータブル機器に広く使用されています。現在開発されている大容量リチウムイオン電池は電気自動車で試験運用されており、21世紀には電気自動車の主要電源の一つとなり、衛星、航空宇宙、エネルギー貯蔵などに使用されると予測されている。 。
4. バッテリーの基本機能
(1) バッテリーの開放電圧
(2) 電池の内部抵抗
(3) バッテリーの動作電圧
(4) 充電電圧
充電電圧とは、二次電池を充電する際に、外部電源により電池の両端に印加される電圧をいう。充電の基本的な方法には定電流充電と定電圧充電があります。一般的には定電流充電が行われ、充電中の充電電流が安定しているのが特徴です。充電が進むと活物質が回復し、電極反応面積が減少し続け、モーターの分極が徐々に増加します。
(5) 電池容量
電池容量とは電池から得られる電気量を指し、通常Cで表され、単位は通常AhまたはmAhで表されます。容量はバッテリーの電気的性能の重要な目標です。バッテリーの容量は通常理論容量、実用容量、定格容量に分けられます。
電池の容量は電極の容量によって決まります。電極の容量が等しくない場合、電池の容量は容量の小さい方の電極に依存しますが、決して正極と負極の容量の合計ではありません。
(6) 蓄電機能と電池寿命
化学電源の主な特徴の 1 つは、使用中に電気エネルギーを放出し、使用しないときに電気エネルギーを蓄えることができることです。いわゆる蓄電機能とは、二次電池の充電を維持する機能のことです。
二次電池に関しては、寿命は電池の性能を測る重要なパラメータです。二次電池は、サイクル（またはサイクル）と呼ばれる 1 回の充電と放電を行います。一定の充放電基準のもとで、電池容量が一定値に達するまでに耐えられる充放電回数を二次電池の動作サイクルといいます。リチウムイオン電池は優れた保存性能と長いサイクル寿命を備えています。
リチウム電池 – 特長
A. 高いエネルギー密度
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やニッケル水素電池に比べて重量が半分で、体積はニッケルカドミウム電池の40～50％、ニッケル水素電池の20～30％です。 。
B. 高電圧
リチウムイオン電池1個の動作電圧は3.7V（平均値）で、ニカド電池またはニッケル水素電池を3個直列に接続した場合に相当します。
C. 汚染がない
リチウムイオン電池には、カドミウム、鉛、水銀などの有害な金属が含まれていません。
D. 金属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、旅客機へのリチウム電池の持ち込み禁止などの規制はありません。
E. 高いサイクル寿命
通常の条件下では、リチウムイオン電池は 500 回を超える充放電サイクルを行うことができます。
F. メモリー効果なし
メモリー効果とは、ニッケル・カドミウム電池が充放電サイクル中に容量が減少する現象を指します。リチウムイオン電池にはこのような影響はありません。
G. 急速充電
定格電圧4.2Vの定電流定電圧充電器を使用すると、リチウムイオン電池を1～2時間でフル充電できます。
リチウム電池 – リチウム電池の原理と構造
1. リチウムイオン電池の構造と動作原理：いわゆるリチウムイオン電池とは、正極と負極としてリチウムイオンを可逆的に挿入および脱離できる2つの化合物で構成される二次電池を指します。正極と負極の間でリチウムイオンが移動することで充放電が完了するというユニークな仕組みを持つこのリチウムイオン電池を、人々は「ロッキングチェア型電池」、通称「リチウム電池」と呼んでいます。 。LiCoO2 を例に挙げます。 (1) バッテリーが充電されると、リチウムイオンが正極から放出されて負極に挿入され、放電時にはその逆が起こります。これには、組み立て前に電極がリチウム挿入状態にあることが必要です。一般に、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4など、リチウムに対する電位が3Vを超え、空気中で安定なリチウムインターカレーション遷移金属酸化物が正極として選択されます。(2) 負極となる材料には、電位がリチウム電位にできるだけ近いインターカレント型リチウム化合物を選択してください。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、炭素繊維、メソフェーズ球状炭素などの各種炭素材料や、SnO、SnO2、錫複合酸化物SnBxPyOz（x=0.4～0.6、y=0.6～0.4、z= (2+3x+5y)/2) など
リチウム電池
2. バッテリーには通常、正極、負極、電解液、セパレーター、正極リード、負極板、中央端子、絶縁材（絶縁体）、安全弁（安全弁）、シールリング（ガスケット）、PTC（正温度制御端子）が含まれます。バッテリーケース。一般に、人々は正極、負極、電解質に関心を持ちます。
リチウム電池
リチウムイオン電池の構造比較
さまざまな正極材料に応じて、鉄リチウム、コバルトリチウム、マンガンリチウムなどに分けられます。
形状の分類からは円筒型と角型に大別されますが、高分子リチウムイオンも任意の形状に加工することができます。
リチウムイオン電池で使用されるさまざまな電解質材料に応じて、リチウムイオン電池は液体リチウムイオン電池 (LIB) と固体リチウムイオン電池の 2 つのカテゴリに分類できます。PLIB) は全固体リチウムイオン電池の一種です。
電解質
シェル/パッケージバリア集電体
液体リチウムイオン電池 液体ステンレス鋼、アルミニウム 25μPE 銅箔およびアルミニウム箔ポリマー リチウムイオン電池 コロイダルポリマー バリアなしのアルミニウム/PP 複合フィルムまたは単一μPE 銅箔およびアルミニウム箔
リチウム電池 – リチウムイオン電池の機能
1. 高いエネルギー密度
リチウムイオン電池は、同じ容量のNI/CD電池やNI/MH電池と比べて重量が軽く、体積比エネルギーは1.5～2倍となります。
2. 高電圧
リチウムイオン電池は、電気陰性度の高い元素を含むリチウム電極を使用して、NI/CD または NI/MH 電池の 3 倍である 3.7V もの高い端子電圧を実現します。
3. 無公害で環境に優しい
4.長いサイクル寿命
寿命は500回を超える
5.高耐荷重
リチウムイオン電池は大電流で連続放電できるため、カメラやノートパソコンなどの高出力機器に使用できます。
6. 優れたセキュリティ
優れた負極材料の使用により、バッテリー充電中のリチウムデンドライト成長の問題が克服され、リチウムイオンバッテリーの安全性が大幅に向上します。同時に、使用中のバッテリーの安全性を確保するために、特別な回復可能な付属品が選択されています。
リチウム電池 – リチウムイオン電池の充電方法
方法 1. リチウムイオン電池は工場出荷前に活性化処理と予備充電が行われているため、リチウムイオン電池には残量があり、調整期間に従って充電されます。この調整期間を3～5回完全に行う必要があります。退院。
方法 2. 充電する前に、リチウムイオン電池を特別に放電する必要はありません。不適切な放電はバッテリーを損傷します。充電するときは、低速充電を使用し、急速充電を減らしてください。時間は 24 時間を超えてはなりません。バッテリーが 3 ～ 5 回の完全な充放電サイクルを経た後にのみ、バッテリー内部の化学物質が完全に「活性化」され、最適な使用が可能になります。
方法 3. 純正の充電器または信頼できるブランドの充電器を使用してください。リチウム電池の場合は、リチウム電池専用の充電器を使用し、指示に従ってください。そうしないと、バッテリーが損傷したり、危険にさらされる可能性があります。
方法 4. 新しく購入したバッテリーはリチウムイオンであるため、最初の 3 ～ 5 回の充電は一般に調整期間と呼ばれ、リチウムイオンの活動が完全に活性化されていることを確認するために 14 時間以上充電する必要があります。リチウムイオン電池にはメモリー効果はありませんが、強い不活性があります。将来のアプリケーションで最高のパフォーマンスを確保するには、これらを完全にアクティブ化する必要があります。
方法 5. リチウムイオン電池は特別な充電器を使用する必要があります。そうでないと、飽和状態に達せず、機能に影響を与える可能性があります。充電後は 12 時間以上充電器の上に置くことを避け、長時間使用しない場合はバッテリーをモバイル電子製品から離してください。
リチウム電池 – 使用
20世紀のマイクロエレクトロニクス技術の発展に伴い、デバイスの小型化は日々増加しており、電源に対する高い要求が高まっています。そして、リチウム電池は大規模な実用段階に入った。
初めて心臓ペースメーカーに使用されました。リチウム電池は自己放電率が極めて低いため、放電電圧が急峻になります。これにより、ペースメーカーを長期間人体に埋め込むことが可能になります。
リチウム電池は通常、公称電圧が 3.0 ボルトより高く、集積回路の電源に適しています。二酸化マンガン電池は、コンピュータ、電卓、カメラ、時計などに広く使用されています。
応用例
1. ノートパソコンなどに使用されているバッテリーパックの修理用の代替バッテリーパックが多数あります。修理後、このバッテリーパックが損傷した場合、個々のバッテリーのみに問題があることがわかりました。適切な単セルリチウム電池と交換できます。
2. 高輝度ミニチュアトーチの作成 筆者はかつて、白色の超高輝度発光管を備えた 3.6V1.6AH リチウム電池 1 個を使用して、使いやすく、コンパクトで美しいミニチュアトーチを作成しました。また、バッテリー容量が大きいため、平均して毎晩30分使用でき、2か月以上充電せずに使用できます。
3. 代替3V電源
単セルのリチウム電池の電圧が3.6Vだからです。そのため、通常の電池2個の代わりにリチウム電池1個で、ラジオ、ウォークマン、カメラなどの小型家電製品に電力を供給することができ、軽量なだけでなく、長持ちします。
リチウムイオン電池の負極材 – チタン酸リチウム
マンガン酸リチウム、三元材料、またはリン酸鉄リチウム、その他の正極材料と組み合わせて、2.4V または 1.9V のリチウムイオン二次電池を形成できます。また、金属リチウムまたはリチウム合金負極二次電池を用いて1.5Vリチウム電池を形成するための正極として使用することもできる。
チタン酸リチウムは高い安全性、高い安定性、長寿命、環境に優しい特性を備えています。チタン酸リチウム材料は、2～3年以内に新世代リチウムイオン電池の負極材料となり、新動力自動車や電動バイク、高い安全性、高い安定性、長サイクルが要求される自動車などに広く使用されると予測されています。応用分野。チタン酸リチウム電池の動作電圧は2.4V、最高電圧は3.0V、充電電流は最大2Cです。
チタン酸リチウム電池の構成
正極：リン酸鉄リチウム、マンガン酸リチウムまたは三元材料、マンガン酸リチウムニッケル。
負極：チタン酸リチウム材料。
バリア: 負極として炭素を使用した現在のリチウム電池バリア。
電解液: 負極としてカーボンを使用したリチウム電池電解液。
電池ケース：負極としてカーボンを使用したリチウム電池ケース。
チタン酸リチウム電池の利点: 燃料自動車の代わりに電気自動車を選択することは、都市の環境汚染を解決する最良の選択です。中でもリチウムイオン電池は研究者の注目を集めています。電気自動車の車載用リチウムイオン電池の要件を満たすために、安全性が高く、レート性能が高く、寿命が長い負極材料の研究開発がホットスポットであり、困難でもあります。
市販のリチウムイオン電池の負極には主に炭素材料が使用されていますが、負極として炭素を使用するリチウム電池の応用には依然としていくつかの欠点があります。
1. リチウム樹枝状結晶は過充電中に析出しやすく、その結果、バッテリーの短絡が発生し、リチウムバッテリーの安全機能に影響を及ぼします。
２．ＳＥＩ膜の形成が容易であり、初期充放電電力が低く、不可逆容量が大きい。
3. つまり、炭素材料はプラットフォーム電圧が低く（金属リチウムに近く）、電解液の分解を引き起こしやすく、安全上のリスクをもたらします。
4. リチウムイオンの挿入と放出の過程で体積変化が大きく、サイクル安定性が劣ります。
カーボン材料と比較して、スピネル型 Li4Ti5012 には次のような大きな利点があります。
1. ゼロひずみ材料であり、良好な循環性能を持っています。
2. 放電電圧が安定しており、電解液が分解しないため、リチウム電池の安全性能が向上します。
3. チタン酸リチウムは炭素系負極材に比べ、リチウムイオン拡散係数（2×10-8cm2/s）が高く、高速充放電が可能です。
4. チタン酸リチウムは純金属リチウムよりも電位が高く、リチウム樹枝状結晶が生成しにくいため、リチウム電池の安全性を確保することができます。
メンテナンス回路
2つの電界効果トランジスタと専用のメンテナンス統合ブロックS-8232で構成されています。回路には過充電制御管FET2と過放電制御管FET1が直列に接続されており、メンテナンスICにより電池電圧を監視・制御しています。電池電圧が4.2Vまで上昇すると過充電維持管FET1がオフし、充電が終了します。誤動作を避けるため、外部回路に遅延コンデンサを付加するのが一般的です。バッテリーが放電状態になると、バッテリー電圧は 2.55 まで低下します。
投稿時刻: 2023 年 3 月 30 日