エネルギー密度を向上させる方法

エネルギー密度は、現在のリチウムイオン電池の開発を制限する最大のボトルネックです。携帯電話であれ電気自動車であれ、人々はバッテリーのエネルギー密度が新たなレベルに達することを期待しており、その結果、製品や製品範囲のバッテリー寿命が主な悩みの要因ではなくなるでしょう。

エネルギー密度がボトルネックになる状況を考慮して、世界のすべての国が関連する電池産業政策目標を策定し、エネルギー密度の面で電池産業の大幅な進歩をリードすることが期待されています。2020年には、私たち、日本、その他の国がエネルギー密度の面で大きな進歩を遂げることが期待されています。政府または業界団体が設定した目標は、基本的に 300 wh/kg を指しますが、この数値は現在の上昇率の 1 倍に近いものに基づいています。 2030 年の長期目標は 500 wh/kg、さらには 700 wh/kg で、電池産業は化学システムで大きな進歩を遂げる必要がありますが、この目標を達成することは可能でしょうか。リチウムイオン電池のエネルギー密度、既存の化学系と構造のリチウムイオン電池

に影響を与える可能性のある要因は数多くありますが、具体的には明らかな限界は何ですか? 上記で分析しましたが、エネルギーキャリアとしての ACTS は、実際にはリチウム電池であり、他の物質は「廃棄物」ですが、電力キャリアの安定した永続的な安全性を得るには、「廃棄物」が不可欠です。例えば、リチウムイオン電池の場合、リチウムは品質の平均より1％強で、残りの成分の99％は他の物質のエネルギー貯蔵機能を担っていません。エジソンの有名な言葉、成功は99％の汗と1％のインスピレーションです、どこにでもあるようですが、ああ、1％は赤で、残りの99％は緑の葉ですが、そうではありません。 そこで、エネルギー密度を向上させるためには、まずリチウムの比率を高めると同時に、負極から流出したリチウムイオンをできるだけ多くして正極に移動させ、それを行うことが考えられます。陰極から元の陽極に戻るまでの輸送エネルギーのサイクルを数えます。 1. 正極活物質の割合を改善する 正極活物質の割合を改善するには、主にリチウムの割合を改善するために、同じ化学系で、リチウムの含有量（他の条件が等しい）、エネルギー密度も対応するようにすることができます。上昇。したがって、一定のサイズと重量の制限の下で、正極活物質をもう少し多くすることを望んでいます。 2.正極活物質の割合を向上させる











これは、正極活物質の増加に伴い、リチウムイオンを蓄え、エネルギーを蓄えるためにより多くの負極活物質が必要となるためです。カソード活物質が十分でない場合、余分なリチウムイオンが内部に埋め込まれるのではなくカソード表面に堆積し、不可逆的な化学反応が発生し、バッテリー容量が低下します。

3. 負極材料の比貯蔵容量（g）を向上させる

計算される正極活物質には上限があり、無制限ではありません。正極活物質の量の条件下では、エネルギー密度を向上させるために、埋め込まれた正極からのリチウムイオンをできるだけ多く取り除き、化学反応に参加させる必要がある。したがって、正極活物質に対する埋め込まれたリチウムイオンの割合が高く、比容量指数がより高い品質を得ることができると期待しています。

これが、コバルト酸リチウムからリン酸鉄リチウム、そして三元材料に至るまで、さまざまな負極材料を研究し選択する理由であり、目標に向かっています。

すでに分析されており、コバルト酸リチウムは137mAh/gに達する可能性があり、マンガン酸リチウムリン酸鉄リチウムの実際の値は約120mAh/g、ニッケルコバルトマンガン3元は180mAh/gに達する可能性があります。再び上昇したい場合は、新しい負極材料と工業化の進歩を研究する必要があります。

4. 負極材料の比容量の向上

相対的に、負極材料の比容量は、リチウムイオン電池のエネルギー密度ではなく、主なボトルネックであるが、比容量をさらに高めると、負極材料の品質により負極材料が少なくなり、より多くのリチウムイオンを収容できるため、目的を達成できる。エネルギー密度の上昇。

グラファイトカソード炭素材料を使用すると、理論比容量は 372 mAh/g ですが、ハードカーボン材料およびナノカーボン材料の研究に基づいて、比容量を 600 mAh/g 以上に高めることができます。スズおよびシリコンベースのアノード材料は、アノードの比容量を非常に高いレベルまで高めることもでき、これらは現在の研究のホットスポットの方向性です。

5. 軽量化・薄型化

正極・負極活物質に加え、電解液、絶縁膜、接着剤、導電剤、集液、マトリックス、殻材等をすべてリチウムイオン電池の「自重」として、その周囲に占めるバッテリー全体の重量の40％。電池の性能に影響を与えずに材料の重量を減らすことができれば、同時にリチウムイオン電池のエネルギー密度も向上させることができます。