自動車の電動化(HEV&EV)コア技術 Ⅳ.二次電池編 3.正極 | 電気なんか嫌いだのブログ

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機械技術者の方は、電機は見えなくて好きじゃない方が多いいと思います。私も機械屋でしたので良く解ります。嫌いでも必要なので少しわかるようにしませんか?式や計算は無視して絵や図で感じを掴んで下さい。

3.正極

1)正極の特徴・構造

リチウムイオン二次電池の場合、負極にリチウムイオンを含まない炭素材料を用いるため、正極材料にはコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)等のリチウムイオンを含む遷移金属酸化物が用いられている。

 

正極の構造は、集電体,導電助材+電池活物質で出来ている。
集電体には、アルミ箔を使用するが、他の金属では、代用出来ない。

 

アルミ箔は、自然酸化膜で保護されているが、一回目の充電でフッ化アルミが生成され強い耐食性を持つようになる。しかし、不動態被膜にカーボンが付くと不動態被膜の微細欠陥が顕在化し導通が起こるようになる。カーボン以外では微細欠陥からの導通は起こらない。

 

«  正極活物質の結晶構造は、3種類

     層状構造:LiCoO2,LiNiO2,LiMnO2

     スピンネル構造:LiMn2O4

     オリビン構造:LiFeO2,LiMnO2

 

 

2)正極材に求められるもの

     Liの出入りする量(電極体積同じと仮定):電池の容量。Liの吸蔵量は放電容量(mAh/gAh/kg)で示す。

     インターカレーションの速度:単位時間当たりに引き出せるエネルギ量。単位時間当たりのエネルギ量を「パワー密度」(W/kg)と呼ぶ。
この値が高いと短時間に大量の電流を取り出せるのでインターカレーションの速度は、電気自動車の加速性能や充電にかかる時間に直結する。

     正極材に求められるもの。

     Li源と成りうること。

     インターカレーションを起こしやすい結晶構造(スポンジのような材料が理想)

Ÿ  インターカレーション時に高い電圧を発生できる材料

 

リチウムイオン2次電池とは、Li(リチウムイオン)の移動によって起こる
インターカレーション」によってエネルギを充放電する

インターカレーションとは、ある物質の内部に別の物質が出入りする現象である。すき間が多い物質を電極に用い、そこにLiが出入りするようにすれば電池として機能する。負極にLiを吸蔵すると電池を充電でき、負極からLiを放出すると放電する。

 

«  正極活物質としての要求特性

     高い電位(対Li+/Liに対して高い電位)

     電位の平坦性(車は変化が有る方が良い)

     高い電子電導性

     長い充放電寿命(体積変化が小さい)

     高い容量(Li+の固溶範囲が広い)

     早いリチウムイオンの固体内拡散

     電解質と粘結剤との接触による化学的安定性

     充電過程での熱的安定性

 

LiMn電池: 回生能力2400W/Kg (70km/h相当)

NiMH電池: 回生能力600W/Kg (20km/h相当)

MnLiイオン電池の回生能力は、NiMH電池の5~7倍、
HEV車の燃費を35→ >40km/Lに大幅改善に相当 する。

 

3)正極材料別特性比較

 

 

4)主な正極材料写真

 

 

以上です。

今日やっとTHE ONEに入りました。洗礼の議Sは23日までだったんですね危うく買いそびれる所でした。
5foxと合わせて購入しました。
アスマに入ったりパスワードが弾かれたり色々有りましたが無事購入できました。

metalネームは小文字が駄目のようですね一文字大文字にしていた為何回もはねられました。