リチウムイオン電池 (LIB) は、1990 年以来、携帯用電子機器のエネルギー貯蔵装置として使用されてきました。

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リチウムイオン電池 (LIB) は、1990 年以来、携帯用電子機器のエネルギー貯蔵装置として使用されてきました。

Aug 16, 2021

リチウムイオン電池(LIB) は、1990 年以来、携帯用電子機器のエネルギー貯蔵装置として使用されてきました。最近では、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両の動力源として注目されています。層状型の LiCoO2、LiNiO2、およびスピネル型の LiMn2O4 はいずれも、4 V で動作電圧が高いため、最も重要なカソード材料です (Mizushima et.al、1980、Guyomard et.al、1994)。これまで商用LIBの正極材料としてはLiCoO2が主に使用されてきました。しかし、LiCoO2 と LiNiO2 には、再充電プロセスの不安定性による容量の低下に関する問題があります。コバルトも高価であり、資源も十分ではありません。したがって、LiCoO2 正極材料は EV および HEV 用の LIB としては適していません。一方、LiMn2O4 は、低コスト、無毒性、熱安定性などの利点により、大型 LIB の有望な正極材料とみなされています (Pegeng, et.al., 2006)。また、Ni 置換型 LiMn2O4 (LiNi0.5Mn1.5O4) は約 5 V で充電可能な挙動を示すことが知られています (Markovsky, et.al, 2004、Idemoto, et.al, 2004、Park, et.al, 2004)。。 LiNi0.5Mn1.5O4は、5Vの活性電位を有し、高出力密度の正極材料として注目されている。層状型LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2は、優れた高電位正極特性を示すことがわかった。これは、より高いレートで 150 mAh/g を超える再充電可能容量と穏やかな熱安定性を備えていましたが、長時間の再充電プロセス中に大幅な容量の低下が見られました。近年、代替正極材料としてオリビン型リン酸化合物が注目されている。 LiFePO4 と LiMnPO4 は、低コストで環境に優しく、高い熱安定性と電気化学的性能を備えているため、大型 LIB 用の次世代材料として期待されていました。一方、スピネル型Li4Ti5O12などの酸化物系負極は安全性の点でカーボン負極の代替候補として期待されています。 LIBはLiFePO4カソードとLi4Ti5O12アノードで構成されており、高い安全性と長寿命を実現します。そのため、HEVの応用や、風力発電や太陽光発電における負荷平準化用電源として期待されています。これまでに、LIB用のLiFePO4およびLi4Ti5O12粉末を調製するためのエアロゾルプロセスとしてスプレー熱分解技術を開発してきました。この章では、噴霧熱分解による LiFePO4 カソード材料と Li4Ti5O12 アノード材料の粉末処理と電気化学的特性について説明しました。

噴霧熱分解は、無機材料および金属材料の粉末合成に関する多用途プロセスです (Messing ら、1993、Dubois ら、1989、Pluym ら、1993)。ミストの生成には、超音波 (石沢ら、1985) や二流体ノズル (ロイら、1977) などの噴霧器がよく使用されます。ミストとは、無機塩や有機金属化合物が水や有機溶媒に溶解した液滴である。液滴は乾燥され、高温で熱分解されて酸化物または金属の粉末が形成されました。噴霧熱分解の利点は、粒子サイズ、粒子サイズ分布、および形態の制御が可能であることです。さらに、原料溶液の成分が超音波噴霧器や二流体ノズルからのミスト中に保持されるため、均一な組成の微粉末が容易に得られます。各ミストには各金属イオンが均一に混入していた。それぞれのミストはミクロスケールで化学反応器の役割を果たします。制作時間は非常に短かったです（1分未満）。水熱、沈殿、加水分解などの他の溶液プロセスでは、酸化物粉末は多くの場合数時間かけて調製されます。また、溶液中で化学反応を起こした後、分離、乾燥、焼成などの工程を行う必要がある。酸化物粉末は、噴霧熱分解におけるこれらのステップなしで連続的に得られます。これまでに、このプロセスが BaTiO3 などの多成分酸化物粉末 (Ogihara, et.al, 1999) や Ag-Pd などの合金粉末 (Iida, et.al, 2001) に有効であることが報告されています。

最近では、LiCoO2 (Ogihara, et.al 1993)、LiNiO2 (Ogihara, et.al, 1998)、LiNi0.5Mn1.5O4 (Park, et.al, 2004)、LiNi1/ 3Mn1/3Co1/3O2 (Park, et.al, 2004) や、LiMn2O4 などのスピネル型リチウム遷移金属酸化物 (Aikiyo, et.al, 2001) も合成されており、これらは Li イオン電池の正極材料として使用されます。スプレー熱分解による。噴霧熱分解から得られたこれらのカソード材料が優れた再充電性能を示すことは明らかです。これにより、均一な粒子形態、狭いサイズ分布、均一な化学組成などの粒子特性が、より高い充電可能容量、より高い効率、長いライフサイクル、より高い熱安定性につながることが明らかになりました。

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リチウムイオン電池 (LIB) は、1990 年以来、携帯用電子機器のエネルギー貯蔵装置として使用されてきました。