リチウムイオン電池とは何ですか?

1. リチウムイオン電池とは何ですか?

バッテリーは、1 つまたは複数の電池で構成される電力源です。 電気機器に電力を供給するための外部接続を備えた電気化学セル。 リチウムイオンまたはリチウムイオン電池は、充電式電池の一種であり、 リチウムイオンを可逆的に還元してエネルギーを貯蔵し、その高い特性で有名です。 エネルギー密度。

2. リチウムイオン電池の構造

一般に、ほとんどの市販のリチウムイオン電池は、層間化合物を次のように使用します。 活性物質。 通常、それらはいくつかの材料層で構成されています。 電気化学プロセスを促進するために特定の順序で配置されています。 バッテリーがエネルギーを蓄積および放出できるようにします（アノード）。 カソード、電解液、セパレータ、集電体。

アノードとは何ですか？

電池の構成要素として、負極は容量に重要な役割を果たします。 バッテリーの性能と耐久性。 充電中、グラファイトアノードは リチウムイオンの受け入れと貯蔵を担当します。 バッテリーが切れているときは、 放電すると、リチウムイオンがアノードからカソードに移動するため、 電流が発生します。 一般的に最も一般的に商業的に使用されている陽極 はグラファイトであり、LiC6 の完全にリチウム化された状態では、最大値と相関します。 容量は1339 C/g (372 mAh/g)。 しかし、テクノロジーの発展により、新たな エネルギー密度を向上させるためにシリコンなどの材料が研究されています。 リチウムイオン電池用。

カソードとは何ですか?

正極は、正に帯電したリチウムイオンを受け入れ、放出するように機能します。 現在のサイクル。 通常は層状酸化物の層状構造からなる （コバルト酸リチウムなど）、ポリアニオン（リン酸鉄リチウムなど）、または 電荷コレクタ（通常は、リチウムマンガン酸化物など）上にコーティングされたスピネル アルミニウム製）。

電解質とは何ですか？

有機溶媒中のリチウム塩として、電解質は媒体として機能します。 充電中にリチウムイオンがアノードとカソードの間を移動するため、 放電中。

セパレータとは何ですか?

セパレータは非導電性材料の薄い膜または層として機能し、 アノード（負極）とカソード（正極）の接触を防ぎます。 この層はリチウムイオンは透過しますが、電子は透過しないためです。 それ 充電中に電極間のイオンの安定した流れを確保することもできます。 そして放電中。 したがって、バッテリーは安定した電圧を維持し、電圧を下げることができます。 過熱、発火、爆発の危険があります。

集電体とは何ですか?

集電装置は、電流を収集するように設計されています。 バッテリーの電極を取り外して外部回路に輸送します。 バッテリーの最適なパフォーマンスと寿命を確保するために重要です。 そして 通常、アルミニウムまたは銅の薄いシートで作られています。

3. リチウムイオン電池の開発の歴史

充電式リチウムイオン電池の研究は 1960 年代に遡ります。 最も古い例は、1965 年に NASA によって開発された CuF2/Li バッテリーです。 そしてオイルショック 1970年代に世界に大ヒットしたが、研究者は代替品に注目した エネルギー源として、最も初期の形態を生み出した画期的な技術です。 現代のリチウムイオン電池は、軽量で高エネルギーであるために作られました。 リチウムイオン電池の密度。 同時に、エクソン社のスタンリー・ウィッティンガム氏も リチウムイオンがTiS2などの材料に挿入され、 充電式バッテリーを作成する 

そこで彼はこの電池を商品化しようとしたが、 コストが高いことと、セル内に金属リチウムが存在することが原因で失敗しました。 1980 年に、新しい材料がより高い電圧を提供することが判明し、 空気中でも安定であり、後に最初の商用リチウムイオン電池に使用されることになります。 それ自体では、永続的な問題を解決することはできませんでしたが、 同年、ラシッド・ヤザミがリチウムグラファイトを発明した。 電極（アノード）。 そして1991年には世界初の充電式リチウムイオン電池が誕生しました。 電池が市場に参入し始めた 

2000年代にはリチウムイオンの需要が ポータブル電子機器の普及に伴いバッテリーが増加し、 リチウムイオン電池はより安全で耐久性があります。 電気自動車は 2010年代に導入され、リチウムイオン電池の新たな市場が生まれました。 の シリコン陽極などの新しい製造プロセスおよび材料の開発 および固体電解質の性能と安全性を継続的に向上させました。 リチウムイオン電池。 今やリチウムイオン電池は生活必需品となっています。 私たちの日常生活に密着した新素材の研究開発や、 テクノロジーは、パフォーマンス、効率、安全性を向上させるために継続的に開発されています。 これらのバッテリー。

4.リチウムイオン電池の種類

リチウムイオン電池にはさまざまな形状やサイズがありますが、すべてに対応できるわけではありません。 それらは平等にされます。 リチウムイオン電池には通常5種類あります。

l コバルト酸化リチウム

コバルト酸リチウム電池は炭酸リチウムから製造されており、 コバルト電池であり、コバルト酸リチウムまたはリチウムイオンコバルト電池としても知られています。 酸化コバルトの陰極とグラファイトカーボンの陽極があり、リチウムイオンが発生します。 放電中にアノードからカソードに移動し、流れが逆転します バッテリーが充電されているとき。 用途としては、ポータブル機器に使用されます。 電子機器、電気自動車、再生可能エネルギー貯蔵システム 比エネルギーが高く、自己放電率が低く、動作性が高いため 電圧と広い温度範囲。ただし、安全上の懸念に注意してください。 熱暴走や高温時の不安定性の可能性と関連 気温。

l マンガン酸化リチウム

マンガン酸化リチウム (LiMn2O4) は、一般的に使用される正極材料です。 リチウムイオン電池。この種の電池の技術は当初 1980 年代に発見され、最初の出版物は Materials Research に掲載されました。 1983年の会報。 LiMn2O4 の利点の 1 つは、優れた熱特性があることです。 安定性、つまり熱暴走が起こりにくいことを意味します。 また、他の種類のリチウムイオン電池よりも安全です。 さらに、マンガンは、 豊富で広く入手可能なため、他のものと比べてより持続可能な選択肢になります。 コバルトなどの限られた資源を含む正極材料に使用されます。 結果として、 医療機器や医療機器、電動工具、電気機器などでよく見られます。 オートバイ、その他のアプリケーション。 LiMn2O4 はその利点にもかかわらず、性能が劣ります LiCoO2と比較してサイクル安定性が高いため、より多くの安定性が必要になる可能性があります 頻繁に交換されるため、長期のエネルギー貯蔵にはあまり適していない可能性があります システム。

l リン酸鉄リチウム (LFP)

リン酸塩は、リン酸鉄リチウム電池の正極として使用されます。 リン酸リチウム電池として知られています。 抵抗が低いため、熱が改善されます。 安定性と安全性。 耐久性やライフサイクルが長いことでも有名ですが、 そのため、他のタイプのリチウムイオンに比べて最もコスト効率の高い選択肢となります。 電池。 したがって、これらのバッテリーは電動自転車に頻繁に使用されます。 長いライフサイクルと高レベルの安全性を必要とするその他の用途に適しています。 しかし、その欠点により、迅速な開発が困難になります。 まず比べてみると、 他の種類のリチウムイオン電池は、希少なリチウムイオン電池を使用するため、より高価になります。 高価な原材料。 さらに、リン酸鉄リチウム電池には、 動作電圧が低いため、一部の用途には適さない可能性があります。 より高い電圧を必要とするアプリケーション。 充電時間が長いため、 急速な充電が必要なアプリケーションでは不利になります。

l リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物 (NMC)

リチウム ニッケル マンガン コバルト酸化物電池、NMC として知られる バッテリーは、汎用性のあるさまざまな材料で作られています。 リチウムイオン電池。 ニッケル、マンガン、およびニッケルの混合物で構成されるカソード コバルトが含まれています。 高いエネルギー密度、優れたサイクリング性能、 寿命が長いため、電気自動車やグリッドストレージの最初の選択肢となっています。 システムやその他の高性能アプリケーションの開発にさらに貢献しています。 電気自動車や再生可能エネルギーシステムの人気が高まっているためです。 に 容量を増やすために、新しい電解質と添加剤が使用されています。 4.4V/セル以上まで充電 

以来、NMC ブレンドのリチウムイオンへの傾向が見られます。 このシステムはコスト効率が高く、優れたパフォーマンスを提供します。 ニッケル、マンガン、 とコバルトは、幅広い用途に合わせて簡単に組み合わせることができる 3 つの活物質です。 を必要とする自動車およびエネルギー貯蔵システム (EES) アプリケーションの範囲 頻繁なサイクリング。 ここから、NMC ファミリーがさらに進化していることがわかります。 ただし、熱暴走、火災の危険、環境などの副作用があります。 懸念により、さらなる開発が妨げられる可能性があります。

l チタン酸リチウム

チタン酸リチウムは、チタン酸リチウムとしてよく知られており、次のような特徴を持つバッテリーの一種です。 用途が増えています。 優れたナノテクノロジーにより、 安定した電圧を維持しながら急速に充電および放電するため、 電気自動車、商用車などの高出力アプリケーションに最適 産業用エネルギー貯蔵システムとグリッドレベルの貯蔵 

それと一緒に 安全性と信頼性が高いため、これらのバッテリーは軍事および航空宇宙に使用できる可能性があります。 風力や太陽エネルギーの貯蔵とスマートなエネルギーの構築だけでなく、 グリッド。 さらに、Battery Space によると、これらのバッテリーは次のような可能性があります。 電力システムのシステムクリティカルなバックアップに採用されています。 それにしても、チタン酸リチウム バッテリーは従来のリチウムイオンバッテリーよりも高価になる傾向があります。 それらを製造するために必要な複雑な製造プロセスまで。

5.リチウムイオン電池の開発動向

再生可能エネルギー設備の世界的な成長が加速 断続的なエネルギー生産により、不均衡な電力網が形成されます。 これにより、 電池の需要。炭素排出ゼロに焦点を当て、移行する必要がある 発電用の化石燃料、つまり石炭を使わないようにすることをもっと促す 政府は太陽光発電や風力発電の設置を奨励しています。 これら 設置は余剰電力を蓄える蓄電池システムに適しています 生成された 

したがって、リチウムイオン電池を奨励する政府のインセンティブ 設備はリチウムイオン電池の開発も促進します。 例えば、 世界のNMCリチウムイオン電池市場規模は米ドルから成長すると予測されています 2022年には100万米ドル、2029年には100万米ドルへ。 % の CAGR で成長すると予想されます 2023 年から 2029 年まで。 そして、高負荷を要求するアプリケーションのニーズが高まっています。 3000 ～ 10000 個のリチウムイオン電池が最も高速になると予測されています。 予測期間中（2022年から2030年）の成長セグメント。

6. リチウムイオン電池の投資分析

リチウムイオン電池市場業界は51.16ドルから成長すると予測されています 2022 年には 10 億米ドル、2030 年までには 1,181 億 5,000 万米ドルとなり、年間複利で推移 予測期間(2022-2030)中の成長率は4.72%で、これは次の条件に依存します。 いくつかの要因。

l エンドユーザー分析

公益部門の設備はバッテリーエネルギー貯蔵の重要な推進力です システム（BESS）。 この部門は、2021 年の 22 億 5,000 万ドルから、 2030 年には CAGR 11.5% で 59 億 9,000 万ドル。 リチウムイオン電池は 34.4% 高い 成長基盤が低いため CAGR が高い。 住宅および商業用エネルギー貯蔵 セグメントは、2030 年に 55 億 1,000 万ドルの大きな市場潜在力を持つその他の分野です。 2021年には16億8000万ドルから。 産業界は、 二酸化炭素排出量ゼロ、企業は今後 2 年間でネットゼロを誓約する 数十年。 通信会社とデータセンター会社は削減の最前線に立っています。 再生可能エネルギー電源への注目が高まり、炭素排出量が削減されます。 全て その中で、リチウムイオン電池の急速な開発が促進されます。 企業は、信頼性の高いバックアップとグリッド バランシングを確保する方法を見つけています。

l 製品タイプの分析

コバルトの価格が高いため、コバルトフリーのバッテリーは、 リチウムイオン電池の開発動向。 高電圧LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) 理論的エネルギー密度が高く、最も有望なCoフリー製品の1つです。 さらに陰極材料。 さらに、実験結果は次のことを証明しました。 LNMO バッテリーのサイクル性能と C レート性能は、 半固体電解質。 これは、アニオン性 COF が次のことを行うことができると提案できます。 クーロン相互作用により Mn3+/Mn2+ および Ni2+ を強力に吸収し、 アノードへの破壊的な移動を抑制します。 したがって、この作品は、 LNMO正極材料の商業化に有益です。

l 地域分析

アジア太平洋地域は、最大の定置型リチウムイオン電池市場となるでしょう。 2030 年は公益事業と産業が牽引します。 それは北米を追い越し、 ヨーロッパの市場は2030年に70億7000万ドルとなり、前年度の12億4000万ドルから成長 2021 年の CAGR は 21.3% です。 北米とヨーロッパが次に大きいだろう 経済を脱炭素化し、次の電力網に電力を供給するという目標のため、市場は 20年。 中南米は 21.4% の CAGR で最も高い成長率を記録します。 サイズが小さく、ベースが低いためです。

7. 高品質のリチウムイオン電池を購入するために考慮すべきこと

光ソーラーインバーターを購入する際には、価格と品質だけでなく、 を考慮すると、他の要因にも留意する必要があります。

l エネルギー密度

エネルギー密度は、単位体積あたりに蓄積されるエネルギー量です。 より高い 重量とサイズが軽減され、充電間のエネルギー密度がより広範囲になります。 サイクル。

l 安全性

爆発以来、安全性もリチウムイオン電池の重要な側面です。 充電中または放電中に発火する可能性がありますので、十分な注意が必要です。 温度センサーなどの安全機構が強化されたバッテリーを選択する そして阻害物質。

l タイプ

リチウムイオン電池業界の最新トレンドの 1 つは、 全固体電池の開発。これにより次のようなさまざまなメリットが得られます。 より高いエネルギー密度とより長いライフサイクル。 たとえば、 電気自動車の全固体電池により航続距離が大幅に伸びる 能力と安全性。

l 充電速度

充電速度は、バッテリーがどれだけ速く安全に充電されるかによって決まります。 場合によっては、バッテリーが使用できるようになるまでに充電に時間がかかることがあります。

l 寿命

バッテリーは一生稼働するわけではありませんが、有効期限があります。 有効期限を確認する 購入前の日付。 リチウムイオン電池は本質的に寿命が長い 寿命はその化学的性質によるものですが、すべてのバッテリーは環境に応じて異なります。 種類や仕様、作り方など。 高品質のバッテリーは、 内部は上質な素材で作られているため、長持ちします。