リチウムイオン二次電池の構造について簡単に書いてみた。

 

こんにちは、つかっちです。

今回はテクノロジーネタということで、現在では世の中で広く使用されている、

リチウムイオン二次電池(Lithium Ion Battery, 以下LIB)についてまとめてみました。

LIBは、みなさんが日常的に使っているであろうスマホや、ハイブリッド自動車の中に入っています。

最近ではサムスンのGalaxy Note 7の発火問題など、高容量の電池であるが故に危険な一面もあるのですが、

LIBは小型でも高容量が出せるため、非常に優秀な性能を持った電池なんです。

 

 

 

リチウムイオン電池ってどんなもの?

 

リチウムイオンの構造は、それほど複雑なものではありません。

主に負極・正極・セパレータ・電解液の四つの部材からできています。

 

 

負極

 

 

負極には主に活物質として黒鉛が使用されています。

黒鉛に分散剤・バインダー・水などを添加してペースト状にしたものを、銅箔の上に薄く塗ることで作られます。

容量を高めるため、近年ではシリコン系の活物質の開発も活発に行われています。

 

 

正極

 

 

正極には活物質として主にコバルトやニッケル系の酸化物が使用されています。

活物質は抵抗が高いものが多いため、導電材としてカーボンを添加することが多いです。

正極は活物質にカーボン・バインダー・溶剤を添加してペースト状にしたものを、アルミ箔の上に薄く塗って作られます。

正極の方が負極よりも容量が低いため、より高容量・高電位が達成できる材料の開発が進められています。

 

 

セパレータ

 

 

セパレータは、電池のショートを防ぐための絶縁体材料です。

厚みは約10ミクロン程度で、ポチエチレンやポリプロピレンなどから作られています。

正極と負極が接触してしまうと、電池は暴走反応を起こして発火につながり非常に危険です。

セパレータは正極と負極の間に挟んで使用され、両者の接触を防いでいるのです。

 

また、セパレータには電子顕微鏡で観察しなければ分からないような、微細な孔が多数あります。

これは、リチウムイオンを透過させるためのものです。

LIBは、リチウムイオンが正極と負極の間を行ったり来たりすることで充放電反応が起こり、

電流を取り出しています。したがって、孔が空いていなければ電極にリチウムイオンが供給されず、

電池としての機能を発揮しないのです。

電池を小型化させるため、より薄いセパレータの開発が進められています。

 

 

電解液

 

 

電解液は、リチウムイオンが溶解している溶媒です。

溶媒としてはカーボネート系のものが多いです。

誘電率や粘度などを考慮して、溶媒としては様々な組み合わせのものが存在します。

電解液は低温では粘度が高くなるため、リチウムイオンの移動が起こりにくくなり、

電池としての抵抗が増加します。寒い場所で携帯の電池の減りが早いのはこのためです。

最近では、溶媒を用いない、固体電解質の開発も進められています。

こちらの方が可燃性の溶媒を用いないので、安全性が高いです。

 

 

 

おわりに

 

今回はリチウムイオン電池の中身について簡単に書いてみました。

LIBの進歩は非常に早く、スマホの電池も小型化・高容量化が急速に進んでいます。

また、Tesla Motorsに代表されるように、完全電気自動車の開発もどんどん進んでおり、

5~10年後にはLIBの市場も大きく増加することが見込まれています。

安全性や資源面の問題など、課題も多く残っていますが、ホットな技術分野であるのは間違いないでしょう。

LIBに関しては、また色々と記事にしていきたいと思っています。

へぇ~、と思っていただければ幸いです(笑)

 

それでは!

 

 

 

 

 

 

 

 

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