最終更新日：2025年3月5日
リチウムイオン（Li-ion）電池は、電気化学セルにリチウムイオンを使用する二次電池である。リチウムイオン電池は 電池原理 は、充放電中に負極と正極の間でリチウムイオンを移動させる。リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度、急速充電、長寿命、広い温度範囲で知られている。これらの特徴により、薄型スマートフォンや実用的な電気自動車のようなイノベーションが可能になり、通信や輸送に変革をもたらしている。.
この記事を読めば、リチウムイオン電池の原理、電池の仕組み、そして電池が何でできているのかをより深く理解できるだろう。さっそく見てみよう！
リチウム電池とは？
リチウム電池は化学電源である。正極または負極材料として元素の一種であるリチウムを使用する。リチウムイオンは電解液中を移動し、電池を充放電する。.
リチウム電池には多くの利点がある。エネルギー密度が高く、自己放電率が低く、サイクル寿命が長く、メモリー効果がなく、環境に優しい。電気自動車、移動体通信、携帯電子機器、エネルギー貯蔵システムなどの分野で広く使用されている。.
リチウムイオン電池の材料と構成要素
- 正極（負極）
負極はマイナスイオンが酸化される場所である。一般的な材料としては、マンガン酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸ニッケルコバルトリチウムなどがある。機器によって使用される組み合わせは異なる。例えば、電動自転車には、コバルトマンガン酸ニッケル・リチウム（三元系）と少量のマンガン酸リチウムが使用されることが多い。.
- セパレーター
セパレーターは、イオンを通過させながら陽極と陰極を離しておく。シンプルだが、バッテリーの重要な部分である。.
- 負極（カソード）
正極はバッテリーから電流が流れ出る場所である。通常、グラファイトまたは炭素系材料が使用される。集電体は薄い電解銅箔（厚さ7～15ミクロン）でできている。.
- 有機電解質
これは地球上に豊富に存在する分子から作られており、電極間のイオンの移動を助ける。.
- バッテリーシェル
シェルはバッテリーを保護するもので、スチール、アルミニウム、ニッケルメッキ鉄、アルミニウムプラスチックフィルムなどの素材で作られています。シェルにはバッテリーのプラスとマイナスの端も含まれます。.
電池の原理：リチウムイオン電池の仕組み
リチウム電池は、充電、放電、保護という3つの重要なプロセスに基づいて動作する。.
充電プロセス
充電中、リチウムイオン（Li+）は正極から負極に移動する：
- 正極では、リチウムイオンが電解液中に放出される。.
- これらのイオンはセパレーターを通過して陽極に移動し、外部回路を移動する電子と結合する。.
- 反応はこうだ：
- カソード：LiCoO₂ → Li₁₋ₓCoO₂ + XLi⁺ + Xe-
- 負極では6C + XLi⁺ + Xe- → LiₓC₆。
排出プロセス
放電中はプロセスが逆転する：
- この過程で、負極のリチウム原子がイオン化してリチウムイオンが形成される＝酸化反応が起こる： LiC6 → C6 + Li+ + e-.
- リチウムイオンは負極から移動し、電解液を通過して正極に到達し、そこで電子と再結合して電気的に中和される。.
- リチウムイオンは、負極と正極の間にある微小透過性のセパレーターを通過できるほど小さい。.
- リチウムイオン電池は、リチウムのサイズが小さいため、単位質量・単位体積あたりの電圧と充電貯蔵量が非常に高い。.
バッテリー保護ボード
保護ボードは、リチウム・バッテリーの損傷を防ぐ重要な回路です。バッテリーの過充電、過放電、ショート、過熱を防ぎます。これにより、バッテリーの性能と安全性が保護されます。.
リチウムイオン電池の意義
リチウムイオンバッテリーは、パワフルで効率的な優れた特性を持っている：
高電荷密度
リチウムは非常に電気陽性で、プラスイオンを生成しやすい。そのため電荷密度が高く、重くならずに多くのエネルギーを蓄えることができる。.コンパクトで軽量
これらのバッテリーは、小型で軽量な設計に大量のエネルギーを詰め込むことができるため、携帯機器に最適である。.低自己放電
リチウムイオンバッテリーは、使用していないときの充電の減りが遅く、他の充電式バッテリーに比べて長時間電力を保つことができる。.高出力
強力なデバイスのために大電流を供給することができる。例えば、1つのセルで最大3.6ボルトを供給することができ、旧来のバッテリー技術よりはるかに高い。.メモリー効果なし
これらのバッテリーはメモリー効果がなく、部分充電を繰り返しても容量が減少しない。.環境にやさしい
ニッケル・カドミウム電池とは異なり、カドミウムのような有害物質を含まないため、廃棄が容易である。.化石燃料の代替
リチウムイオン電池は、化石燃料に代わる重要な役割を担っている。電気自動車に電力を供給し、太陽光や風力のような再生可能エネルギーを蓄えることができ、より持続可能な未来を促進する。.
リチウムイオン電池の用途
リチウムイオンバッテリーは汎用性が高く、性能も高いため、さまざまな分野で人気がある：
ポータブル機器
軽量で効率的なため、スマートフォン、ノートパソコン、その他の携帯電子機器によく使われている。.航空宇宙と潜水艦
重量が重要なボーイング787のような航空機では、電気システムに電力を供給する。潜水艦では、バックアップ電源やステルス運用に使われている。.電気自動車
リチウムイオンバッテリーはハイブリッド車や電気自動車に最適で、化石燃料への依存を減らすことができる。例えば、テスラのモデルSは18,650個のセルを持つP85バッテリーを使用しており、エネルギー出力は80～90kWhである。.医療機器
信頼性が高く、電力が長持ちするため、ペースメーカーやその他の埋め込み型機器に使用されている。.
結論
バッテリーの動作は、カソード、アノード、セパレーターを含むいくつかの主要コンポーネントに依存しています。これらのコンポーネントが連携することで、充電と放電の過程でバッテリーがエネルギーを蓄えたり放出したりすることができます。さらに、バッテリーの安全性は重要な側面であり、保護ボードによって確保されている。この基板は、過充電、短絡、過熱などの問題を防止し、バッテリーが安全かつ効率的に動作することを保証します。.
よくある質問
リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度、急速充電、長サイクル寿命、広い温度範囲での動作などの特徴を持つ二次電池の一種である。.
リチウムイオン電池は引火性が高く、自己寿命が短く、充放電サイクルなどが予測できない。.
リチウムイオンバッテリーの汎用性と性能特性は、航空宇宙、電気自動車、エレクトロニクス産業などの幅広い用途で好まれている。.
会社概要
17年以上の経験を持つTYCORUNは、世界でも有数の企業である。 リチウム電池メーカー 同社はバッテリー技術の革新と発展を推進することに力を注いでおり、現在の事業は二輪車、三輪車、四輪車のパワーバッテリー、蓄電池、インバーター、バッテリー交換キャビネット、オートバイをカバーしている。同社の製品はヨーロッパ、中東、アフリカで広く使用されている。.
同社はセルから完全なシステムまで、カスタマイズされたバッテリー・サービスを提供しており、ISO9001、CE、TUV、ULなどの認証を取得している。TYCORUNは、低温条件下で優れた性能を発揮するソリッドステート低温バッテリーを開発し、安全性と長寿命のために高度なBMSアルゴリズムを採用している。また、低公害材料と環境に優しい生産により、持続可能性を優先している。.
