リチウム イオン。 バッテリー

リチウムイオン電池の特徴やメリット・デメリットとは?

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東北大学と住友化学は2020年4月、リチウムイオン電池用のアルミニウム負極について、充放電時の体積膨縮を高純度アルミニウム箔の使用により制御できることを見いだし、その機構を解明したと発表した。 リチウムイオン電池の高性能化につながる成果だという。 リチウムイオン二次電池は、正極、負極、電解質およびセパレータの主要4部材から構成されており、リチウムイオンが正極と負極間を移動することで充放電が行われ、負極は、充電時に正極から移動してきたリチウムイオンを取り込む役割を果たす。 現在の負極は炭素系材料が主流だが、電池のさらなる高容量化のために、炭素系材料に比べて3〜10倍のエネルギーを蓄えられるシリコンの他、スズやアルミニウムなどの金属系材料の使用も検討されている。 しかし、それらの材料は、多くのリチウムイオンを取り込み大きなエネルギーを蓄えられる反面、充放電時に2〜4倍も膨縮するため内部の電極構造が崩れやすい点が実用化の課題となっていた。 今回研究グループは高純度アルミ箔の硬さを最適化することで、体積膨縮の制御が可能となることを明らかにした。 さらに従来の負極ではリチウムイオンを蓄える炭素系材料部分と、電流を集めつつ基材の機能も果たす銅箔を積層した構造をとる必要があったが、高純度アルミ箔ではこれらを単体で両立することができるという。 高純度アルミ箔の硬さを最適化すると箔全面にリチウムイオンが受け入れられ、アルミとリチウムの金属間化合物が均一に形成される。 金属間化合物は比率が1:1でない場合でも形成される特性があるため、表面と箔深部で濃度勾配ができる。 これにより、深部のアルミが一様に押し上げられ、厚み方向にのみ体積膨張し充電される。 底部は電流を集める層として機能する。 放電時は表面からリチウムイオンが放出されるが、そのさいに次の充電時に効率的にリチウムイオンが受け入れられるような、多くの孔が開いた構造が形成される。 底部は電極構造を維持し、銅箔の代替部分となるため、高純度アルミのみで一体型負極として利用できるようになる。 関連記事• 日産自動車が同社の持つ全樹脂電池技術を電池メーカーのAPB(東京都千代田区)にライセンス供与すると発表。 低コストかつ安全性の高い蓄電池を可能にする技術で、APBはこの技術を用いギガワットアワークラスの定置型蓄電池の量産を行う計画だ。 京セラが粘土(クレイ)状の材料を用いて電極を形成する「クレイ型リチウムイオン蓄電池」の量産化を決定。 高い安全性と長寿命、低コスト化が可能なのが特徴で、採用第1弾製品として住宅用蓄電システムを2020年に販売する計画だ。 電気自動車に必要不可欠なリチウムイオン蓄電池。 だが、より電池の性能を高めようとしても限界が近い。 そこで、実質的なエネルギー量がガソリンに近い金属空気電池に期待がかかっている。 トヨタ自動車の研究者が発表したアルミニウム空気電池の研究内容を紹介する。 開発ポイントは、不純物の多い安価なアルミニウムを使うことだ。

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スマホのバッテリーでも大活躍! 「リチウムイオン電池」の仕組みや長持ちさせる使い方を解説します

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リチウムイオン電池正極材向け 化学結合状態解析システム「Xspecia」 島津製作所は、3月10日にリチウムイオン電池正極材向け化学結合状態解析システム「Xspecia(エクスペシア)」を発売いたします。 本システムは、当社が得意とする蛍光X線技術を応用したオンリーワン製品です。 実験室に設置できるサイズのため、外部機関への試料持ち込みや測定依頼が不要です。 「Xspecia」の販売を通じて、素材や電池、自動車などの製造業・研究機関を支援して、リチウムイオン電池の性能と品質の向上に貢献します。 リチウムイオン電池は、主に正極材、負極材、セパレータ、電解質で構成されています。 電池の高容量化や長寿命化に向けた研究開発においては、充放電に伴うリチウムイオンの移動量の変化を把握することが欠かせません。 電池の構成部材ごとに様々な分析手法が用いられており、特に無機材料で構成される正極材については、非破壊分析という特長を持つX線が有効です。 現在は放射光施設での「XAFS(X線吸収微細構造)分析」や「XPS(X線光電子分光法)」が一般的であるものの、いずれの手法も場所に制約があったり、高度な専門知識を要したりします。 「Xspecia」は当社独自の分光方式を採用することで、高いエネルギー分解能が得られ、従来の蛍光X線分析装置では見ることができなかった元素の化学状態変化を確認できます。 この特徴を生かして、正極材となるニッケル、コバルト、マンガンおよびそれらの複合系の状態分析に対応しました。 リチウムイオン電池正極材向け化学結合状態解析システム「Xspecia」は、「正極材のリチウムイオンの移動による状態変化」を定量値(価数)で把握できる、世界で唯一の製品です。 島津製作所はリチウムイオン電池の研究開発を支援することで、環境負荷の低減に寄与していきます。

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<PR>バックアップ電源・太陽光・エネルギーマネジメント 当社会長(沢田元一郎)が連載していた、リチウムイオン電池の簡単解説 の本文からテーマをピックアップして、リチウムイオン電池の小ネタを書いていく『リチウムの斜め下』シリーズです。 今回はリチウム一次電池についてです。 1980年代腕時計やゲーム機用として リチウム一次電池が使われだすと、需要が平和的に再び伸び始めます。 リチウムを電極につかう研究・開発は1970年代に始まりました ギルバート・ニュートン・ルイス(出典:Wikipedia) リチウムをエネルギーに活用するための前段となる研究は、アメリカの著名な物理化学者 ギルバート・ニュートン・ルイスが1912年に行っていました。 化学熱力学や原子価理論を研究していたルイスは自分の専門分野の研究の一環として、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、塩素、臭素、ヨウ素、酸素、水銀、銀、タリウム、鉛、鉄などの元素の電極電位を、それまでとは異なる高い精度で測定し、強電解質イオン活性の計算を行いました。 しかしそれは、民生品への応用を念頭に置いたものではなく、あくまでも原子が結合したときの電子の挙動を調べる学術的なものでした。 マイケル・スタンリー・ウィッティンガム(出典:batteriesinternational) 1970年代の初め、ルイスの研究を基に、世界で初めて電池の極材にリチウムを用いたのは、マイケル・スタンリー・ウィッティンガム(英)です。 ウィッティンガムは、石油枯渇後の生き残りをかけて、代替エネルギーを真剣に模索し始めたエクソン社の目に留まり、31歳のときに招聘されて、1972年に同社の研究施設に入り、世界で初めてリチウム電池を発明しました。 しかし、リチウムの不安定性を解決できずにいました。 その間、パナソニックがフッ化黒鉛リチウム一次電池を先に開発し、1976年にはナイトフィッシング用に電気ウキ用ピン形リチウム電池を発売しました。 パナソニック社の資料によるととあるので、リチウム一次電池の分野では、パナソニックが世界で初めて商品化に成功した、と言えるのかもしれません。 リチウム電池(一次電池)は乾電池と同じしくみ さて、ウィッティンガムが目指したものはリチウムイオン電池(二次電池)でしたが、実際に世に出たのはリチウム電池(一次電池)のほうがずっと先でした。 そもそも、リチウム電池とリチウムイオン電池はどこが違うのでしょうか? 同じリチウム電池でも、名前に「イオン」が付いていない電池と「イオン」が付いている電池では用途も見た目もしくみも大きく違います。 簡単な区分では、単にリチウム電池というときは、使い切りタイプの電池で一次電池と呼ばれるものを指す場合が多く、形状もボタン電池が一般によく知られています。 リチウム一次電池のしくみ リチウム電池はお店で普通に売られている電池なので、用途も乾電池と同じです。 もっとも広く使われているリチウム一次電池は正極に二酸化マンガン、負極にリチウムを使った二酸化マンガンリチウム電池で、中でも普及しているコイン型リチウム(CR系)一次電池は、時計、電卓、小型電子ゲーム、ICタグ、ICカード、各種メモリーバックアップ、電子体温計、キーレスエントリー(車載用機器)、電子手帳(PDA)、LEDライトなど、様々な小型機器に多岐にわたって用いられています。 金属の中で一番陽イオン化傾向が大きいリチウムを電極に使うと高い出力電圧を得られます。 そのため通常のマンガン乾電池の公称電圧が1. 5Vなのに対し、リチウム一次電池は3Vです(1. 5Vの製品もあります)。 ところが優れた特徴を持つリチウム電池ですが、水や酸素に対する反応性や、充電後にリチウム電極に樹枝状の結晶ができる問題など、リチウムを何度も使える充電可能な二次電池の極材として使うには課題が山積みでした。 海外で「充電式リチウムイオン電池の創始者」と呼ばれているウィッティンガムも、なかなかクリアできなかった部分が、まさにそこだったのです。 イオンというのはプラスやマイナスの電荷を帯びた原子のことですが、溶液に異なる2枚の金属板をひたすと,イオンになりやすさの違いから電子が移動して電流が流れます。 そして充電するとリチウムイオンはまた元の極に戻ります。 このアイデアによって、初めて充放電が可能なリチウムの二次電池が誕生しました。 そして携帯電話やパソコンやカメラなどのように繰り返し充電して使う精密機器に使われるようになりましたし、現在では電気自動車の性能を左右する重要なファクターにもなっていますよね。 そして、リチウムイオン電池の開発では日本人が大活躍しているんです。 詳しくは以下をご覧ください。

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