| リチウムイオン電池材料 の製造に不可欠なコンポーネントです リチウムイオン電池 、さまざまな電子機器、電気自動車、再生可能エネルギーシステムで広く使用されています。これらのバッテリーは、電気エネルギーを効率的に貯蔵および放出するために連携して機能するいくつかの主要な材料で構成されています。 正極材料
最先端の正極材料には、リチウム金属酸化物 [LiCoO など] が含まれます。 2 、リン 2 ○ 4 、Li(NixMnyCoz)O 2 ]、酸化バナジウム、オリビン（LiFePO など） 4 ）、充電可能な酸化リチウム。 11、12 コバルトとニッケルを含む層状酸化物は、リチウムイオン電池用の材料として最も研究されています。コバルトは高電圧範囲で高い安定性を示しますが、コバルトは自然界での入手可能性が限られており、有毒であるため、大量生産には大きな欠点となります。マンガンは、高い熱閾値と優れたレート機能を備えた低コストの代替品ですが、サイクル挙動は限られています。したがって、最良の特性を組み合わせて欠点を最小限に抑えるために、コバルト、ニッケル、マンガンの混合物がよく使用されます。酸化バナジウムは、大きな容量と優れた反応速度を持っています。ただし、リチウムの挿入と放出により、材料はアモルファスになる傾向があり、サイクル挙動が制限されます。カンラン石は毒性がなく、適度な容量を持ち、サイクリングによる色褪せが少ないですが、導電率は低いです。導電性の低さを補うために材料をコーティングする方法が導入されていますが、電池の加工コストがいくらかかかります。
負極材料
アノード材料は、リチウム、グラファイト、リチウム合金材料、金属間化合物、またはシリコンです。 11 リチウムは最も単純な材料のように見えますが、サイクル挙動と短絡を引き起こす樹枝状成長に問題があります。炭素質アノードは、低コストで入手しやすいため、最もよく利用されているアノード材料です。ただし、理論容量 (372 mAh/g) は、リチウムの充電密度 (3,862 mAh/g) に比べて劣ります。新しい種類のグラファイトやカーボンナノチューブを使用したいくつかの取り組みにより、容量の増加が試みられていますが、高い処理コストという代償を伴いました。合金アノードと金属間化合物は高い容量を持っていますが、劇的な体積変化を示し、その結果、サイクル挙動が低下します。ナノ結晶材料を使用し、非合金安定化マトリックス (Co、Cu、Fe、に）。シリコンは、Siの組成に相当する4,199mAh/gという非常に高い容量を持っています。 5 李 22 。ただし、サイクリング動作は貧弱で、容量のフェージングはまだ理解されていません。 電解質
安全で長持ちするバッテリーには、既存の電圧と高温に耐え、貯蔵寿命が長く、リチウムイオンの高い移動性を備えた堅牢な電解質が必要です。種類には、液体、ポリマー、固体電解質などがあります。 11 液体電解質は、ほとんどが LiBC を含む有機溶媒ベースの電解質です。 4 ○ 8 (LiBOB)、LiPF 6 、Li[PF 3 (C 2 F 5 ) 3 ]、 または類似。最も重要な考慮事項は可燃性です。最も優れた溶媒は沸点が低く、引火点が約 30°C です。したがって、セルの通気や爆発、ひいてはバッテリーの危険が生じます。リチウムイオン電池における電解質の分解と高発熱の副反応は、「熱暴走」として知られる影響を引き起こす可能性があります。したがって、電解質の選択には、多くの場合、可燃性と電気化学的性能の間のトレードオフが関係します。 セパレータ セパレータの材料とニーズに関する優れたレビューは、P. Arora と Z. Zhang によって提供されています。 14 その名前が示すように、バッテリー セパレーターは 2 つの電極を物理的に互いに分離し、短絡を回避します。液体電解質の場合、セパレーターは電解質を浸して所定の位置に保持する発泡材料です。電子絶縁体でありながら、最小限の電解液耐性、最大限の機械的安定性、および電気化学的に活性な環境での劣化に対する耐薬品性を備えている必要があります。さらに、セパレーターには「サーマルシャットダウン」と呼ばれる安全機能が備わっていることがよくあります。高温になると、機械的安定性を失うことなく、溶けたり細孔が閉じたりして、リチウムイオンの輸送が遮断されます。セパレーターはシート状に合成されて電極と組み立てられるか、または現場で 1 つの電極上に堆積されます。コストの観点からは、後者の方法が望ましい方法ですが、合成、取り扱い、機械的な問題がいくつか発生します。固体電解質および一部のポリマー電解質にはセパレータは必要ありません。 セパレーターには熱シャットダウン機構が組み込まれており、モジュールとバッテリーパックには外部の高度な熱管理システムが追加されています。イオン液体は熱安定性の点で検討されていますが、アノードからのリチウムの溶解などの大きな欠点があります。 高分子電解質はイオン伝導性ポリマーです。これらはセラミックナノ粒子と複合材料に混合されることが多く、その結果、より高い導電性とより高い電圧に対する耐性が得られます。さらに、ポリマー電解質はその高い粘度と準固体の挙動により、リチウム樹枝状結晶の成長を阻害する可能性があります。 13 したがって、リチウム金属アノードとともに使用できます。 固体電解質は、リチウムイオン伝導性の結晶やセラミックガラスです。低温では固体中のリチウムの移動度が大幅に低下するため、低温性能が非常に劣ります。さらに、固体電解質は許容可能な挙動を得るために特別な堆積条件と温度処理を必要とするため、セパレータの必要性や熱暴走のリスクが排除されるものの、使用すると非常に高価になります。 結論は、 リチウムイオン電池材料 全体的なパフォーマンスと効率において重要な役割を果たします リチウムイオン電池 。リチウムイオン電池の性能と持続可能性をさらに向上させるために、新しい材料と技術の研究が継続的に行われています。 | 
