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二次電池の技術動向

二次電池は、充電と放電を繰り返して何度も使うことができる電池です。スマートフォン、iPad、ノートPCなどで広く使われています。電気自動車やハイブリッド車などの駆動用バッテリー、太陽電池や風力発電向けの大型蓄電システムとしても注目されています。

更新日: 2012年12月31日

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SJNさん

リチウムイオン電池の動作原理

リチウムイオン電池は、正極、負極、セパレータ、電解液の4要素から構成されます。リチウムイオンが正極と負極の間を移動するとき、電池外部の回路上では電子の移動が起こります。これがリチウムイオン電池の充放電現象です。

放電時には負極に含まれるリチウムが電解液中でイオン化され、セパレータを通過して正極に到達します。同時にリチウムのイオン化に伴って解放された電子が外部回路を通って負極から正極へと向かいます。これが放電時の電流です。

充電時には電池外部から電圧がかかることによって、放電時とは逆にリチウムイオンが正極から負極へと移動します。充電は正極のリチウムイオンがなくなるか負極内部にリチウムイオンが収蔵できなくなったところで終わります。

リチウムイオン電池に使われる材料

正極:アルミニウム箔の集電体表面にコバルト酸リチウム(LiCoO2)を塗布
負極:銅箔の集電体表面に炭素材料を塗布したもの
セパレータ:ポリエチレン
電解液:非水系有機溶媒にリチウム塩を溶かした溶液

以上は、一般的なリチウムイオン電池で使われる材料の例です。実際には、この後で説明するように、新規材料開発も含め様々な種類の材料の組み合わせによる高性能化が進められています。なお、二次電池材料としてリチウムがよく使用される理由は、アルカリ金属の中で最もイオン化しやすく、電池の高性能化に適しているためと言われています。

材料開発の動向

電池の容量を増やす → なるべく大量のリチウムを吸蔵・放出できる材料
電池の寿命をのばす → 充放電を繰り返しても劣化しない材料
電池の安全性を高める → 液漏れ、発火などの起こらない固体電解質
電池の充電時間を短縮 → リチウムイオンが素早く出入りできる電極材料

・・・などといった方向で開発が進んでいます。
以下、最近の研究開発事例をいくつか紹介します。

リチウムイオン電池以外の二次電池

リチウムイオン電池以外にも、さまざまな材料を使った次世代の二次電池が研究されています。

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