リチウムイオン電池はどんな仕組み
最初に言っておきます。リチウムイオン電池仕組みわかりやすいです。この電池、一般的によく使われている物で、スマホやノートPCのバッテリー、電動自転車バッテリーなんかに使われています。
電池は基本的に、プラス極とマイナス極で構成される電極と、電解質、セパレータで構成されています。電池の内部では、化学反応によって、プラス極とマイナス極の間で電子とイオンが発生します。こうやって発生した電子とイオンが、プラス極とマイナス極の間を移動することによって、電気エネルギーを発生させます。
この電池は、リチウムを含んだ化合物を使用しており、リチウムイオンを発生させて電気エネルギーを発生させます。その他の電池と比較しても基本的には同じ原理で動いているので、リチウムイオン電池仕組みわかりやすいということが、分かって頂けたと思います。もっと詳しい了解したいとこのビデオを見てみましょう。
プラス極とマイナス極って何で出来てる
この電池に使用している電極は、プラス極にリン酸鉄リチウム、コバルト、ニッケルとマンガンを含む複合材 (例 コバルト酸リチウム)を使用し、マイナス極には炭素系の素材を材料として使用するのが一般的です。
リチウムは軽量で、大容量、メモリー効果がない特性を持っている為、電池として利用されています。そして、電極の材料にリチウムを使用しているので、リチウムイオン電池と言われています。使われている材料から名前をつけているなんて、よりリチウムイオン電池仕組みわかりやすいという印象を持ってしまいますね。
リチウム電池はどんな構造になってるの
リチウムイオン電池は、プラスとマイナスの電極の他に、セパレータと、電解液で構成されています。
セパレータはプラスとマイナスが接触することを防ぎ、リチウムイオンを透過させることができる膜になっています。電池の中はリチウムイオンを伝導させる事が可能な電解液で満たされていて、プラスとマイナスの電極、中央に置くセパレータが配置されています。
リチウムバッテリーはどんな特徴をもっているの
リチウムイオン電池は、最大4000回のサイクル回数があります。このことは、スマホを充電しながら利用していることからも、なじみがあると思います。通常このような電池は二次電池と呼ばれています。
その他の二次電池と比較すると、電圧が高く、またエネルギー密度も高いためバッテリーを小型化することができます。頻繁に充放電の繰り返したとしても、電池の持ちが悪くなることもなく、長持ち、急速充電できる点も特徴としてあげることができます。また、リチウム電池のサイクル数は他の種類の電池より多く、4000倍に達する可能性があります。こうやっていい部分を見ていくと、流通している理由も分かって、リチウムイオン電池仕組みわかりやすいと感じます。
リチウム電池の種類っていくつあるの
この電池は、形状による違いと、電極の素材によって種類が分類されます。リチウムイオン電池種類は形状で分けると、ラミネート型・角型・円筒型があります。ラミネート型は薄く平らな形状で、電気自動車などに使われています。一般的によく使われる電池は円筒型で、角型はスマホに使われているバッテリーなどをイメージして下さい。こうやって身近なものに使用されていることがイメージできると、リチウムイオン電池仕組みわかりやすいですよね。
電極に関しては、求める電気的な特性によって素材を選びます。
プラス側ではニッケルやコバルトなど素材によって、電圧や電気容量を大きくしたりなど電池の特性を変える事が可能です。例として、三元リチウムイオン電池と、リン酸鉄リチウムイオン電池の電圧を比較したいと思います。3.7vバッテリーを見るとすぐに、それが三元系リチウムイオンバッテリーであることがわかります。三元リチウムイオン電池のプラス極は、リチウムニッケルコバルトマンガンを材料としており、電圧は3.6v/3.65v/3.7vになります。対して、リン酸鉄リチウムイオン電池は材料に、リン酸鉄リチウムイオンを使っており、電圧は3.2Vになります。このように素材を変えることで電圧が変化します。
マイナス側に関しても、黒鉛やハードカーボンなど素材毎に、電気容量が大きくなったり入出力のサイクル特性が向上したりします。
深掘りしてみて分かったこと
最初にリチウムイオン電池仕組みわかりやすいと書きましたが、その理由を分かって頂けたと思います。
この電池は他の電池と比較しても、小型で、高エネルギー、長期間利用可能な電池だと言えます。この特徴は、軽量化やコンパクト化が必須になっている、現在の電子製品にとって、非常に有効だと考えられます。日々の生活で欠かすことのできないスマホ、家庭用エネルギー貯蔵、電動工具、電動自転車などのバッテリーとして利用されているのも納得です。
今後も益々用途が広がっていく事が予想される、私たちの生活に欠かせない電池であると言えます。
