リチウムイオン電池 – リチウムイオン電池 | 電気 – 磁気

リチウムイオンバッテリーについての概要

リチウムイオンバッテリー（Li-ionバッテリー）は、リチウムイオンが放電時にアノードからカソードへ、充電時にはその逆に移動する二次（再充電可能）バッテリーの一種です。このバッテリーは、高い電池電圧、高エネルギー密度、メモリー効果のなさという特徴を持っています。ラップトップコンピューター、コードレス電動工具、一部の電気自動車、電動キックスクーター、ほとんどの電動自転車、ポータブル電源、LED懐中電灯など、多岐にわたる製品に使用されています。
放電時の全体の反応式は、C₆Li + CoO₂ ⇄ C₆ + LiCoO₂と表されます。

リチウムイオンバッテリーの構成

リチウムイオンバッテリーは、以下の主要な部品で構成されています。
カソード（正極）: カソードは、電子を外部回路から受け取り、電気化学反応中に還元される酸化電極です。一般的にLiCoO₂やLiMn₂O₄から作られます。
アノード（負極）: アノードは、外部回路へ電子を放出し、電気化学反応中に酸化される還元電極です。よく使われるアノード材料には、リチウムで間隙化されたグラファイトがあります。
セパレータ: アノードとカソードの間に配置される透過性膜で、電極同士の短絡を防ぎつつ、リチウムイオンの輸送を可能にします。
電解質: リチウムイオンの移動を助け、バッテリーの性能や安全性に重要な役割を果たします。一般的には、有機炭酸塩に溶解したリチウムヘキサフルオロリン酸塩（LiPF₆）が使われます。

リチウムイオンバッテリーとリチウムポリマーバッテリーの違い

リチウムイオンポリマー（LiPo）バッテリーは、リキッドの代わりにポリマーゲルを電解質として使用するリチウムイオンバッテリーの一種です。これらは、携帯電話、ドローン、一部の電気自動車など、重量が重要な要素となるシステムで使用されることが多いです。

リチウムイオンバッテリーの用途

小型の消費者電子製品では、高い比エネルギーを持つためにリチウムコバルトオキサイド（LCO）が一般的に使用されます。一方で、リチウム鉄リン酸塩（LiFePO₄/LFP）は熱暴走のリスクがほとんどなく、非常に安全なため、電気自動車などの大規模生産に適しています。

リチウムイオンバッテリーの種類

リチウムイオンバッテリーは、カソード材料によっていくつかのタイプに分けられます。リチウムコバルトオキサイド（LiCoO₂）、リチウムマンガンオキサイド（LiMn₂O₄）、リチウムニッケルマンガンコバルトオキサイド（LiNiMnCoO₂）、リチウム鉄リン酸塩（LiFePO₄）、リチウムニッケルコバルトアルミニウムオキサイド（LiNiCoAlO₂）などがあります。

リチウムイオンバッテリーの利点と欠点

リチウムイオンバッテリーは、高いエネルギー密度、低自己放電率、無メモリー効果など、多くの利点を持っています。しかし、高価格、年齢による性能低下、特定の条件下での使用に際しての安全性の懸念など、いくつかの欠点も存在します。
リチウムイオンバッテリーは、現代の電子機器において不可欠なエネルギー源であり、その技術は日々進化し続けています。