リチウムイオン電池は私たちの日常生活に欠かせないものになりました

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リチウムイオン電池は私たちの日常生活に欠かせないものになりました

Jul 06, 2021

1990 年以来、リチウムイオン電池は私たちの日常生活に不可欠なものとなり、その応用範囲は現在、モバイル電子機器から電気自動車、電動工具、定置型電力網貯蔵まで拡大しています。拡大を続けるポータブル電子製品の市場と、輸送市場および定置型ストレージの新たな需要により、エネルギー密度、電力密度、サイクル性、および安全性が強化されたセルが必要とされています。一言で言えば、パフォーマンスを向上させるためです。こうした新たなニーズにより、リチウムイオン電池用の新材料の研究と最適化が促進されています。

図 1. 過去 40 年間の LiFePO4 材料に関する科学出版物の数。出典: Scifinder Scholar™ 2007。
この研究の目的は、新しい電気活性材料の合成または既存の電気化学的性能の改善に使用される化学的調製方法の進化を示し、新しい電気活性材料によって達成される性能の向上を比較することです。

材料の加工。このようにして、リチウムイオン電池用のいくつかの電極材料の合成方法が分析されます。主に、ＬｉＣｏＯ２またはＬｉＭｎ２Ｏ４スピネル誘導体から誘導される層状酸化物などのカソード材料について説明する。オリビン LiFePO4 相は、安全特性を示す適切な電圧を備えていることに加え、低コストで豊富な元素で作られている材料であり、近年その非常に重要性が高まっているため、特に注目されることになります (図 1)。

近年、ナノサイエンスは電池材料分野に大きく浸透しています。以前に知られていた材料の性能がナノ分散とナノ構造化によって大幅に改善されただけでなく、新しい材料や電気化学反応も出現しました。したがって、ナノ構造電極の製造は電池材料の主な目標の 1 つとなっています。

まず、ナノ材料のサイズが小さく表面積が大きいため、電極材料と電解質の間の接触面積が大きくなります。第二に、Li イオンが電極全体に拡散する距離が短縮されます。したがって、ナノ構造電極には、より速い充放電能力、すなわちより高いレート能力が期待できる。非常に小さな粒子の場合、リチウムイオンと電子の化学ポテンシャルが変化する可能性があり、その結果、電極電位が変化します。さらに、固溶体が存在する組成範囲はナノ粒子の方が広範囲であることが多く、インターカレーションに関連する歪みがよりよく吸収されることがよくあります。さらに、ナノ構造電極では、アノードの変換反応などの新しい電気化学反応さえも現れています。したがって、電極材料の形態とサイズがその性能の重要な要素となり、合成プロセスはナノ構造材料に向けて進化してきました。

この章では、リチウムイオン電池の主要な研究の始まりから最新のものまで、最もよく使用される合成法の概要を説明します。新しい処理システムによる材料性能の進化について説明します。

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