リチウムポリマー電池の理論

リチウムポリマー電池の理論

2023-5-12

市場には、総称してリチウムイオンポリマーと呼ばれる 2 つの技術が市販されています (「ポリマー」は「電解質分離ポリマー」を表します)。

バッテリーは次の部品で構成されています。

正極: LiCoO2 二酸化コバルトリチウムまたは LiMn2O4 四酸化リチウム二酸化マンガン

隔膜：導電性電解質ポリマー（ポリエチレングリコール、PEOなど）

負極: リチウムまたはリチウムカーボン埋め込み (化学) 化合物

典型的な反応：（放電）

負極: (Carbon Lix) → C+xLi+xe

ダイヤフラム: 導電性リチウム

正極：Li1 − xCoO2+xLi+xe → LiCoO2

全反応: (炭素 xLi+xe)+Li1-xCoO2 → LiCoO2+炭素

電解質/膜ポリマーは、ポリエチレングリコール (PEO)、六フッ化リチウムカリウム (LiPF6)、または機械的特性を向上させるシリカまたはその他の充填材を含むその他の導電性塩などの固体ポリマーにすることができます (このような方法はまだ商業化されていません)。安全要件に基づき、ほとんどの電池は負極として炭素埋め込みリチウムを使用しています。ただし、Avestor (Battscap と合併後) などの一部のメーカーは負極として金属リチウムを使用しています (リチウム金属ポリマー電池と呼ばれます)。

どちらの市販バッテリーも、エチレンカーボネート (EC)/ジメチルカーボネート (DMC)/ジエチルカーボネート (DEC) などのコロイド溶媒と塩をコーティングすることにより、ポリフッ化ビニリデン (PVdF) で重合されます。違いは、正極としてリチウムマンガン酸化物 (LiMn2O4) を使用していることです (Bellcore/Telcordia の技術)。伝統的な方法は、コバルトリチウム酸化物 (LiCoO2) を使用することです。

まだ広く市販されていませんが、正極としてポリマーを使用する他の種類のリチウムポリマー電池もあります。たとえば、モルテックは、導電性プラスチックと炭素硫黄化合物で作られた正極を開発しています。しかし、2005 年の時点では、この技術には自己リリースに問題があるようで、製造コストも高すぎました。

他の方法には、硫黄含有有機化合物およびポリアニリンなどの導電性ポリマーを正極として使用することが含まれます。この方法は、低い内部抵抗と高い放電容量を含む優れた高い放電容量を実現できますが、サイクル時間が不十分でコストが高いという問題があります。