リチウムイオンバッテリーが全力で走り始め、パワーバッテリーに迫る

1800 年、イタリアの物理学者アレッサンドロ ボルタは、人類史上初の電池であるボルタ スタックを発明しました。最初の電池は亜鉛（陽極）と銅（陰極）のシートと塩水（電解質）に浸した紙でできており、電気が人為的に可能であることが実証されました。

以来、電池は安定した電流を供給し続ける装置として200年以上の発展を経て、人々の柔軟な電力利用の需要に応え続けています。

近年、再生可能エネルギーへの膨大な需要と環境汚染への関心の高まりを背景に、他のエネルギーを電気エネルギーに変換し、化学エネルギーの形で蓄える二次電池（バッテリー）がエネルギーに変化をもたらし続けています。システム。

リチウム電池の発展は社会の進歩を別の側面から示しています。実際、携帯電話、コンピュータ、カメラ、電気自動車の急速な発展は、リチウム電池技術の成熟に基づいています。

陳氏 リチウム電池の誕生と不安が迫る

リチウム電池の誕生

バッテリーにはプラス極とマイナス極があります。カソードとしても知られる正極は通常、より安定した材料で作られ、アノードとしても知られる負極は通常「高活性」金属材料で作られます。正極と負極は電解質によって分離され、化学エネルギーの形で蓄えられます。

2 つの極の間の化学反応により、イオンと電子が生成されます。これらのイオンと電子はバッテリー内を移動し、電子を外側に強制的に移動させてサイクルを形成し、電気を生成します。

1970 年代、米国の石油危機に軍事、航空、医療、その他の分野での新たな電力需要が加わり、再生可能なクリーン エネルギーを貯蔵するための充電式バッテリーの探索が刺激されました。

すべての金属の中で、リチウムは比重と電極電位が非常に低いです。言い換えれば、リチウム電池システムは理論上最大のエネルギー密度を達成できるため、電池設計者がリチウムを選択するのは当然のことです。

ただし、リチウムは反応性が高く、水や空気に触れると燃焼、爆発する可能性があります。したがって、リチウムを制御することが電池開発の鍵となっています。さらに、リチウムは室温で水と容易に反応します。金属リチウムを電池システムに使用する場合は、非水電解質の導入が不可欠です。

1958 年、ハリスは金属電池の電解質として有機電解質を使用することを提案しました。 1962 年、ロッキード ミッションとスペース社。米軍のチルトン・ジュニアとクックは「リチウム非水電解質システム」のアイデアを提唱した。

チルトンとクックは、正極としてリチウム金属、正極として銀、銅、ニッケルのハロゲン化物、電解質としてプロピレンカーボネートに溶解した低融点金属塩lic1-AlCl3を使用する新しいタイプの電池を設計しました。バッテリーの問題により、商業的な実現可能性ではなくコンセプトに留まりますが、チルトンとクックの研究はリチウムバッテリー研究の始まりです。

1970年、日本のパナソニック電工と米軍は、ほぼ同時に新しい正極材料であるフッ化炭素を独自に合成した。 (CFx) N (0.5 ≤ x ≤ 1) の分子式を持つ結晶性フッ化炭素がパナソニック電気株式会社によって調製され、リチウム電池の負極として使用されることに成功しました。フッ化リチウム電池の発明は、リチウム電池開発の歴史において重要なステップです。リチウム電池の設計に「埋め込み化合物」を導入するのはこれが初めてです。

しかし、リチウム電池の可逆的な充放電を実現するには、化学反応の可逆性が鍵となります。当時、ほとんどの非充電式電池はリチウム負極と有機電解質を使用していました。充電式電池を実現するために、科学者たちは層状遷移金属硫化物の正極へのリチウムイオンの可逆的挿入の研究を開始しました。

ExxonMobil の Stanley Whittingham は、カソード材料として層状 TiS2 を使用することでインターカレーション化学反応を測定でき、放電生成物は LiTiS2 であることを発見しました。

1976 年にウィッティンガムによって開発されたバッテリーは良好な初期効率を達成しました。しかし、充電と放電を数回繰り返すと、バッテリー内にリチウム樹枝状結晶が形成されました。樹枝状結晶が陰極から陽極に成長して短絡が形成され、電解液が発火する危険が生じ、最終的には故障しました。

1989年、リチウム・モリブデン二次電池の発火事故により、一部を除いてほとんどの企業がリチウム金属二次電池の開発から撤退した。リチウム金属二次電池は安全性の問題が解決できないため、開発は基本的に中止されました。

各種改造の効果が乏しいため、リチウム金属二次電池の研究は停滞している。最後に、研究者らは根本的な解決策を選択しました。それは、リチウム金属二次電池の正極と負極として化合物を埋め込んだロッキングチェア型電池です。

1980 年代、グッドナウはイギリスのオックスフォード大学で層状コバル酸リチウムとニッケル酸化リチウム正極材料の構造を研究しました。最後に、研究者らは、リチウムの半分以上を正極材料から可逆的に除去できることに気づきました。この結果が最終的にTheの誕生につながりました。

1991 年、ソニー社は最初の商用リチウム電池 (負極グラファイト、正極リチウム化合物、有機溶媒に溶解した電極液体リチウム塩) を発売しました。高いエネルギー密度とさまざまな使用環境に適応できるさまざまな配合の特徴により、リチウム電池は商品化され、市場で広く使用されています。