リチウムイオン電池の仕組み：クイックガイド

リチウムイオンバッテリーは1990年代から実用化されている。もともとは民生用電子機器用に開発されたものだが、鉛蓄電池やその他のトラクション・バッテリーに代わる、パワフルで軽量、かつ環境に優しいバッテリーとして人気を集めている。

リチウムイオンバッテリーの仕組みは？

すべての電池は、2つの電極（陽極と陰極）、電極同士が接触してショートするのを防ぐセパレーター、電池内の残りの空間を満たす電解液で構成されている。従来の鉛蓄電池では、電極は両方とも鉛でできており、電解液は水と硫酸の混合液である。鉛と硫酸の化学反応によって自由電子が生成され、電気として電池から流出する。

リチウムイオン電池では、電極はリチウム化合物（正極にはリチウム金属酸化物、負極にはリチウム炭素化合物）を用いて作られる。電解液は導電性媒体で、一般にゲルポリマーか、リチウム塩または有機溶媒を含む液体である。発電時、電解液はインターカレーションとして知られるプロセスで、リチウムイオンが陽極から陰極に移動するのを可能にする。これにより自由電子が生成され、負極から電池を出て電気として回路を移動し、正極に戻る。充電中はその逆が起こる。セパレーターはリチウムイオンのみを通過させるため、インターカレーションをサポートする。セパレーターは電子や電極粒子がバッテリー内を横切るのを防ぎます。

リチウムイオンバッテリーの利点とリスク

一般的に、リチウムイオン電池は鉛電池よりも軽く、急速充電が可能である。従来のバッテリーよりもエネルギー密度が高いため、同じ蓄電容量を維持しながらバッテリーを小型化することができる。リチウムイオン電池の主な利点は、化学反応が可逆的であるため、電極の経年劣化がないことである。そのため、鉛バッテリーに比べて何度も充電することができる。また、環境負荷の高い物質（鉛や硫酸など）を含まないため、環境にも優しい。

一方、リチウムは反応性の高い物質であり、有機電解液は揮発性が高く、負極はしばしば熱不安定性を示す。その結果、リチウムイオンバッテリーは、穴が開いたり、充電が不適切だったりすると発火の危険性がある。特に、熱暴走として知られる危険なプロセスを引き起こす可能性があります。リチウムイオンバッテリーの安全性を確保することは重要な関心事であり、メーカーは熱暴走を防止・緩和する多くの方法を用いている。

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