8種類のリチウム電池を解説 – あなたにぴったりなのはどれ？

導入

リチウム電池は現代社会のいたるところに普及しており、家庭用電化製品から電気自動車に至るまであらゆるものに電力を供給しています。リチウム電池は 1991 年にソニーによって初めて商品化され、ニッケルカドミウムなどの以前の技術に代わる軽量の充電式電池を提供しました。それ以来 30 年間、継続的な研究により、エネルギー密度、安全性、寿命、充電率が大幅に改善されました。

リチウム電池は、正極 (カソード) と負極 (アノード) の間のリチウムイオンの流れに依存しています。放電中、リチウムイオンは電解液を通ってアノードからカソードに流れます。これにより、デバイスに電力を供給する電流が生成されます。充電時には、リチウムイオンの流れを逆にしてアノードに戻すために外部電圧が印加されます。

長年にわたり、さまざまなリチウム電池の化学的性質が登場してきましたが、それぞれに独自の利点とトレードオフがあります。初期のリチウムイオン電池はコバルト酸リチウムの陰極を使用していましたが、より現代的な電池ではニッケル、マンガン、アルミニウムの陰極が使用されていました。リン酸鉄リチウムのような新しい化学物質により、安定性と安全性がさらに向上します。液体ではなく固体電解質を使用した全固体リチウム電池も、活発な研究が行われている分野です。

リチウム電池はエネルギー密度が高く軽量であるため、民生用機器や車両に電力を供給するのに最適です。リチウム電池技術の継続的な改善は、今後数年間でより広範な交通機関の電化と再生可能エネルギーの導入を可能にする上で重要な役割を果たすでしょう。

BSLBATTはプロフェッショナルです リチウムイオン電池メーカー 、20年以上の研究開発およびOEMサービスを含む、当社の製品はISO/CE/UL/UN38.3/ROHS/IEC規格の認定を受けています。同社は、先進的なシリーズ「BSLBATT」（Best Solution Lithium Battery）の開発と生産を使命としています。 BSLBATT リチウム製品 以下を含むさまざまなアプリケーションに電力を供給します。 太陽光発電ソリューション 、 マイクログリッド、家庭用エネルギー貯蔵 、 ゴルフカート 、 海洋 、 RV 、 産業用バッテリー 、など。 同社は、エネルギー貯蔵のより環境に優しく、より効率的な未来への道を切り開く幅広いサービスと高品質の製品を提供しています。さまざまなタイプの lifepo4 バッテリーを選択可能!

リチウム一次電池 - リチウム電池の種類

リチウム一次電池 金属リチウムを含む再充電不可の使い捨て電池です。他のほとんどの一次電池タイプよりもエネルギー密度が高く、重量あたりにより多くのエネルギーを貯蔵できます。

リチウム一次電池の主な特徴は次のとおりです。

• 正極材料として純粋なリチウム金属を使用してください。これにより、非常に高いエネルギー密度が得られますが、適切に封じ込められないと安全上の問題が発生する可能性もあります。

• 充電式ではありません。一次リチウム電池は使い捨て用途向けに設計されています。再充電しようとすると、過熱して爆発の危険が生じる可能性があります。      

• 他の一次電池タイプよりも早く自己放電します。使用していなくても徐々に電力が低下します。耐用年数は通常 5 ～ 10 年です。      

• アルカリ電池や炭素亜鉛使い捨て電池よりも高価です。エネルギー密度が高いため、長いバッテリ寿命が必要なデバイスに最適です。

• 安全な電圧および温度範囲外での動作を防止する保護回路が必要です。保護されていないリチウム電池は安全ではない可能性があります。

• 時計、電卓、車の遠隔ロック、およびコンパクトで長寿命のバッテリーを必要とするその他のデバイスで一般的に使用されています。特殊な高出力デバイスにも使用されます。

一次リチウム電池は従来の使い捨て電池に比べて性能面で優れていますが、安全性について特別な考慮が必要です。これらは、軽量および高エネルギー密度の利点により、より高いコストが正当化される、長寿命要件が求められる低ドレインのデバイスに最適です。

リチウムイオン二次電池 - リチウム電池の種類

リチウムイオン二次電池 充電式であり、現在使用されている最も一般的なタイプのリチウム電池です。エネルギー密度が高く、メモリー効果がなく、使用しない場合でも 1 か月あたりの充電量のわずか 5% しか失われません。そのため、頻繁に充電が必要なラップトップ、電話、タブレットなどの家庭用電化製品に最適です。

正極はコバルト酸リチウムなどのリチウム金属酸化物からなり、負極はグラファイトや酸化チタンからなる。放電中、リチウムイオンはアノードから電解質とセパレーターを通ってカソードに流れます。充電中、イオンは逆流してアノードに再挿入されます。

リチウムイオン電池はエネルギー密度が高いですが、高温や過充電により時間の経過とともに劣化する可能性があります。また、破損または欠陥があった場合には、安全上の懸念もあります。ただし、適切に使用すると、ポータブル電子機器に効率的な充電式電源を提供します。継続的な研究は、エネルギー密度をさらに高め、安全性と寿命を向上させることを目指しています。

リチウムポリマー電池 - リチウム電池の種類

リチウムポリマー電池 、LiPo と略されることもありますが、固体ポリマー複合材料中に電解質を懸濁できる柔軟なパウチ設​​計を利用しています。これにより、リチウムポリマー電池は、硬い円筒形または角形の電池と比較して、より軽く、より薄く、より展性の高いフォームファクターを実現します。

ポリマー電解質は電解液漏れの可能性を減らし、バッテリーをより安全にします。また、メーカーは、デバイスの筐体に合わせてセルをさまざまなサイズに成形することもできます。リチウムポリマーセルは非常に薄くすることができ、厚さはわずか数ミリメートルです。このコンパクトなサイズにより、スマートフォンやタブレットなどの小型家電製品に最適です。

柔軟な筐体と電解質により、硬いセルに比べて衝撃や振動に対する耐性がさらに強化されています。ただし、ポリマー素材は依然として穴が開きやすいです。内部短絡を避けるために、リチウムポリマーセルを損傷しないように注意する必要があります。

リチウムポリマー電池は一般に、同等のリチウムイオン電池よりも内部抵抗が低くなります。これにより、放電性能が向上し、高電流パルスを提供できるようになります。また、この化学物質はリチウムイオンよりも平坦な放電曲線を備えており、より多くの容量に対してより高い平均電圧を維持します。

全体として、リチウムポリマー電池のパウチ設計は、従来の電池のフォームファクターと比較して、重量、サイズ、形状の柔軟性の点で利点があります。そのため、小型軽量のバッテリーが必要なポータブル民生機器、ドローン、ラジコンモデル、その他の用途に人気の選択肢となっています。

リン酸鉄リチウム電池 LiFePo4 リチウム電池の種類

BSLBATT リチウム製品 以下を含むさまざまなアプリケーションに電力を供給します。 太陽光発電ソリューション 、 マイクログリッド、家庭用エネルギー貯蔵 、 ゴルフカート 、 海洋 、 RV 、 産業用バッテリー 。

リン酸鉄リチウム (LiFePO4) 電池は、リン酸鉄リチウム材料で作られた正極を利用します。これにより、他のリチウムイオン電池と比べて、より安全で安定した化学反応が得られます。

リン酸鉄リチウム電池の主な利点は、サイクル寿命が長いことです。数百から数千回の充電/放電サイクルに耐えることができます。そのため、再生可能エネルギー貯蔵や電気自動車など、高いサイクル寿命が必要な用途に最適です。

BSLBATTのLFP バッテリーは BMS バッテリー管理システムを通じて独自に開発されており、電源バッテリーのサイクル寿命を延長できます。 4,000 +回とエネルギー蓄電池 6,000～10,000 +回。

LiFePO4 バッテリーは他のリチウムイオンバッテリーよりもエネルギー密度が低いですが、化学的性質が安定しているため、非常に優れた安全性が得られます。これらは、損傷したり過充電された場合には本質的に不燃性です。熱暴走の危険はありません。

全体として、リン酸鉄リチウム電池は、安全性、長いサイクル寿命、優れた性能のバランスが優れています。他のリチウムイオン電池と比べてエネルギー密度がわずかに低いにもかかわらず、比較的安全で安定した化学的性質により、多くの用途で人気の選択肢となっています。長いサイクル寿命機能は、電気自動車などの用途において特に重要です。

チタン酸リチウム電池 - リチウム電池の種類

チタン酸リチウム電池 従来のリチウムイオン電池を超える進歩を表しています。彼らは、アノードにグラファイトではなくチタン酸リチウムを使用しています。これにより、チタン酸リチウム電池にいくつかの重要な利点がもたらされます。

急速充電 – チタン酸リチウムにより、標準のリチウムイオン電池と比べて充電時間が大幅に短縮されます。一部のチタン酸リチウム電池は、10 分以内に 80% 以上の容量まで充電できます。そのため、電気自動車などの急速充電が必要な用途に最適です。

長寿命 – チタン酸リチウム負極は非常に安定しています。これにより、バッテリーは数千回の充電/放電サイクルに対応できます。チタン酸リチウム電池は通常、交換が必要になるまで標準のリチウムイオン電池よりも 10 倍以上長く持続します。バージョンによっては 20 年以上の寿命を誇るものもあります。

安全性   – チタン酸リチウム電池は熱暴走の問題が起こりにくく、安定性が向上しています。これにより、医療機器などの安全性が重要な用途において優位性が得られます。

低温性能 – アノード材料により、低温での優れた放電能力が可能になります。チタン酸リチウム電池は、-30°C まででも効率的に動作します。

チタン酸リチウム電池はコストが高いため、これまでのところその採用は限られています。しかし、生産規模が拡大するにつれて、コストは標準的なリチウムイオンとの競争力がさらに高まることが予想されます。チタン酸リチウム電池は、その優れた寿命とサイクル能力により、信頼性の高い長期電力を必要とする用途に最適です。

リチウム硫黄電池 - リチウム電池の種類

リチウム硫黄電池 は、リチウムイオン電池と比較して大幅に高いエネルギー密度を提供するエキサイティングな新しい電池化学です。これらの電池は正極材料として硫黄を利用しており、理論的にはリチウムイオン電池で使用される従来のコバルト酸リチウム正極よりも重量で約5倍のエネルギーを蓄えることができます。

リチウム硫黄電池の主な利点は次のとおりです。

• 約 500 Wh/kg または 2800 Wh/L という非常に高い理論エネルギー密度。これはリチウムイオン電池の2～5倍です。

• 正極材料としての硫黄の使用量は豊富で、リチウムイオン電池で使用されるコバルトやニッケルよりもはるかに安価です。これによりコストを大幅に削減できます。

• 硫黄陰極は金属酸化物陰極に比べて軽量です。

• リチウムイオン電池のような熱暴走の心配がありません。

• 環境に優しい素材。

しかし、リチウム硫黄電池は広く商業化されるまでに、依然としていくつかの技術的課題に直面しています。      

• サイクル中に硫黄活物質が失われるため、サイクル寿命が短くなります。これに対処するための添加剤とコーティングの研究が進行中です。

• クーロン効率が低い。複雑な反応機構により、活性硫黄が失われます。

• 放電中に硫黄が最大 80% 体積膨張し、カソードの機械的劣化につながります。硫黄のナノ構造化は、これに対処するのに役立ちます。

• 硫黄の導電性が低いため、導電性添加剤が必要です。

• リチウム金属アノードは溶解した多硫化物と反応し、急速な容量低下を引き起こします。リチウム金属の保護コーティングが開発されています。

これらの課題を克服できれば、リチウム硫黄電池は、電気自動車やグリッドストレージなどの用途に、安全で高エネルギー密度、低コストの電池技術を提供できる可能性があります。しかし、それらは依然として、さらなる研究開発が必要な有望な電池化学物質であることに変わりはありません。

全固体リチウム電池 - リチウム電池の種類

全固体リチウム電池を使用 液体またはポリマー電解質の代わりに固体電解質を使用します。これにより、電解液が漏れたり発火したりする危険がなく、液体電解質バッテリーよりも安全です。

また、固体電解質により、液体電解質のリチウムイオン電池と比較して、より高いエネルギー密度が可能になります。固体電解質はバッテリー内で占めるスペースが少なくなり、アノードとカソードの材料により多くのスペースを確保できます。いくつかのプロトタイプ固体電池は、従来のリチウムイオンの約 250 ～ 300 Wh/L と比較して、500 Wh/L を超えるエネルギー密度を実証しました。

固体電解質は、熱的および化学的安定性も優れています。液体電解質と比較して、分解することなく高温に耐えることができます。これによりバッテリーの安全性が向上し、将来的には充電速度の高速化が可能になる可能性があります。

全固体リチウム電池の主な課題は、十分に高いリチウムイオン伝導性を備えた電解質を開発することと、固体電解質と電極材料の間の良好な接触を確保することです。しかし、全固体リチウム電池は安全性とエネルギー密度の点で利点があり、電気自動車、家庭用電化製品、その他の用途に非常に有望であるため、多くの企業や研究グループが商品化に積極的に取り組んでいます。

リチウム空気電池 - リチウム電池の種類

リチウム空気電池は、ガソリンをも超える極めて高いエネルギー密度を約束する、エキサイティングな未来の電池技術です。リチウム金属をアノードとして使用し、空気中の酸素をカソードとして使用します。

放電時、リチウム金属は電子を放出し、これがリチウムイオンおよび酸素と結合して過酸化リチウムを形成します。この化学反応により、バッテリーに電力を供給するためのエネルギーが放出されます。充電中はプロセスが逆になります。過酸化リチウムが分解して酸素を放出し、電子がリチウム金属アノードに戻り、リチウムイオンが電解質に戻ります。

リチウム空気電池の主な利点は、理論エネルギー密度が約 12kWh/kg であり、これはリチウムイオン電池の 10 倍です。この巨大なエネルギー密度は、重いカソード材料を蓄えるのではなく、周囲の空気からの酸素を使用することによって可能になります。

しかし、リチウム空気電池は依然として大きな技術的課題に直面しています。リチウム金属アノードは不安定で、充電中に樹枝状結晶が形成されやすいです。反応生成物が空気極の細孔を詰まらせ、性能を低下させる可能性があります。リチウム空気電池が実用化される前に、効率、サイクル寿命、安全性に関して解決しなければならない問題もあります。しかし、これらの課題を克服できれば、リチウム空気電池はエネルギー貯蔵において革命的な進歩をもたらす可能性があります。非常に高いエネルギー密度により、長距離電気自動車や、最小のパッケージで可能な限り最高のエネルギーを必要とするその他の用途にとって、魅力的な見通しとなっています。

結論

リチウム電池は、軽量パッケージで高いエネルギー密度を提供することで、ポータブル電子機器や電気自動車に革命をもたらしました。研究開発が続くにつれて、リチウム電池は容量、充電速度、安全性、コストの点で改良され続ける可能性があります。

一次リチウム電池は再充電可能ではありませんが、使い捨てデバイスに長い保存寿命と高出力を提供します。二次充電式リチウムイオン電池は現在、家庭用電化製品市場を支配しており、EV などのより大きな用途に移行しつつあります。リチウムポリマーやリン酸鉄リチウムなどのバリアントには、柔軟性と安全性の点で利点があります。

リチウム硫黄やリチウム空気などの新しいバッテリー化学は、リチウムイオンと比較してエネルギー密度を大幅に高めることを目的としています。全固体リチウム電池は、液体電解質を固体部品に置き換えることで、さらに高い出力と安全性を提供できる可能性があります。

全体として、リチウム電池技術は過去数十年で急速に進歩しており、今後も非常に活発な革新分野であり続けるでしょう。リチウム電池が現代の技術社会のさまざまな側面に電力を供給するとともに、コスト、安​​全性、環境の持続可能性などの重要な分野で着実に進歩することが期待されます。これらの汎用性の高い高性能バッテリーの未来は明るいです。

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