リチウムカーバッテリーの充電方法

リチウム電池はエネルギー密度が高く、小型・軽量でありながら大容量の電力を蓄えることができるため、携帯家電（携帯電話やノートパソコン）、ハイブリッド車、電気自動車などに広く使われている。

各電池セルには、正極、グラファイトベースの負極、そしてそれらの間に電解質溶液があり、その複雑な化学反応によって、リチウムイオンと電子がこの溶液の中を行ったり来たりする。

どのように機能するのか？

リチウムイオン電池は、現代の電子機器や電気自動車に不可欠な部品であり、エネルギーを失うことなく繰り返し充放電することができる。リチウムイオンバッテリーは、金属酸化物やリチウム塩溶液に懸濁されたカーボンやグラファイトの粒子が電解液となり、電流を発生させる。リチウム電池の寿命が尽きると、約80％の部品がリサイクル可能な状態になる。

リチウムイオンバッテリーは、その優れたエネルギー密度により絶大な人気を誇っている。鉛バッテリーに比べ、重量あたり3～4倍の電力を保持し、急速充電が可能で、数日または数週間使用しなくても充電を維持できるため、電動工具、ノートパソコン、その他のモバイル機器に最適な選択肢となっている。

陽極から電解液を通して陰極に移動するリチウムイオンは、インターカレーションを通して移動する。充電時には、陽極のグラフェンの2次元層の間に物理的に入り込み、インターカレーションを行う。放電後も同様の経路を通るが、金属酸化物反応から放出された電子は、その中を再び戻り、負極のグラファイトと結合してリチウム化炭素化合物を形成する。

ニッケル・カドミウム（NiCad）電池やニッケル水素（NiMH）電池に必要な材料が高価で希少なため、メーカーは1990年代初頭にエネルギー貯蔵源としてリチウムにシフトし始めた。リチウムはまた、より多くの充電／放電サイクルを可能にする。

リチウム自動車用バッテリーには、熱暴走という明確な危険がある。これは、過充電やショートなどの要因で過熱し、負極皮膜が崩壊して電解液が漏れ出し、発火や有毒ガスの放出につながる可能性があります。安全性と耐久性の高い基準を維持する信頼できるメーカーから購入することが、最適な結果を得るための条件です。

主なコンポーネントは？

リチウム電池は、電解液を介して正極と負極の2つの電極間をリチウムイオンが行き来することで動作し、携帯電子機器、緊急バックアップシステム、さらにはハムラジオに信頼性の高い電力を供給します。リチウム電池は自己放電率が低いため、電力網のない遠隔地などでの長期保存にも理想的です。

リチウム電池の性能は、電極と電解液に選択された材料に大きく依存する。負極は通常グラファイトで構成され、正極は通常酸化コバルトやリン酸鉄のようなリチウム金属酸化物で構成される。有機溶媒に溶けたリチウム塩からなる電解液は、充電と貯蔵を目的とした電極間のイオンの流れを促進し、電気自動車やその他の用途に理想的な発電と貯蔵能力を生み出す。この組み合わせにより、リチウム電池は非常にコンパクトで軽量なパッケージで高レベルのエネルギー密度を提供することができ、電気自動車の充電や電気リン酸鉄電池のような蓄電用途、電気リン酸鉄電池のような蓄電ニーズなどの用途に最適な選択肢となります。

リチウム電池の製造には、鉄などの不純物によって安全性や容量が損なわれないようにするための分析試験が不可欠です。鉄は負極電極と正極電極間の電気化学反応を阻害し、電池の寿命を縮める可能性があります。さらに、水（すべての電池電解液にある程度含まれる）は、腐食や短絡の問題を増加させることにより、寿命を縮める可能性があります。

リチウムイオンバッテリーは安全性を考慮して開発されており、内燃エンジン車を始動する際、鉛バッテリーに比べてはるかに安全な傾向にあります。これは、リチウム・バッテリーが不適切に扱われた場合に火災や爆発を引き起こす可能性のあるアウトガスの発生が少ないことも一因であり、また最新のリチウム・バッテリーには、過度の熱、圧力、化学的劣化に反応して開く安全ベントや電流遮断装置も備わっている。

リチウム電池に必要な原材料は世界中に豊富にあり、広く入手可能だが、一部の生産国に生産が集中しているため、いくつかのリスクがある。例えば、コンゴ民主共和国は現在、リチウム電池メーカーのダイナミックな需要に対応するコバルトのほとんどを生産している。その供給は、コバルト正極の必要性を減少させるか、あるいはその必要性を完全に排除するような、電池化学と技術の現在の発展によっても影響を受ける可能性がある。

料金は？

リチウムイオン電池は、ノートパソコン、携帯電話、電気自動車など、私たちの生活の中心的役割を担っている。軽量でエネルギー密度が高く、充電が容易であるため、EVが可能になった。しかし、リチウム電池にはリスクもある。不適切な充電は電池を過熱し、火災を引き起こす可能性がある。したがって、リチウム電池を安全に使用するためには、リチウム電池の正しい充電方法を理解することが不可欠である。

各電池は、数百から数千の少しムキムキしたリチウムイオン電気化学セルが密集して配置され、液体電解質溶液でつなぎ合わされている。これらは通常、正極（多くの場合、ニッケル、マンガン、コバルト酸化物などの金属酸化物で構成されている）を持つ円筒形または袋状のセルの形状をしており、負に帯電した黒鉛負極に配線で接続され、そのリチウムイオン上の緩く保持された外側の電子を介して、電極間の往復接触を可能にし、その結果、化学反応によって電気エネルギーが蓄積され、化学エネルギーとして保存される（ただし、1以下の低いクーロン効率のため、多少の損失はある）。

リチウム電池の充電器は、システム電圧を電池の電圧より高くして電気を取り込む仕組みで、有害な作用が起こらないようにBMSが監視している。急速充電はカソードを過熱して寿命を縮める可能性があるため、避けるべきである。

リチウム・バッテリーを充電する効果的な方法は、セルあたり4.2ボルトに達するまで安定した電流を流し、その後容量が3パーセントに達するまで徐々に電流を減らし、その後スイッチを切ることである。このプロセスはトリクル充電として知られている。

電池の保存期間を延ばし、化学分解プロセスによる早期のガス発生を防ぐために、電池の温度に細心の注意を払いましょう。そのため、リチウム電池を暖房のない屋外や低温の環境で保管する場合は、周囲温度を維持するのが賢明です。

退院の方法は？

リチウム電池は、電解液と呼ばれる液体を介して電極（正極と負極）間を移動するリチウムイオンとしてエネルギーを蓄えます。充電時には、外部電源がリチウムイオン電池の各セルに過電圧を印加し、電解液を介して一方の電極から他方の電極に電子を強制的に移動させる。この移動プロセスにより、移動が双方向で行われるため充電が可能になり、容量と電圧の測定がユーザーにとって容易になる。電圧と容量の計算は、セルの数とその構成の良し悪しに依存する；

リチウムイオン電池は、体積と質量あたりの電荷貯蔵量が多いイオン交換メカニズムを採用しており、高いエネルギー密度と出力密度を実現しています。また、充電時間が短く、放電速度が速いため、短時間のサージ・アプリケーションなど、短時間の電力が必要なアプリケーションにも適している。

リチウムイオンバッテリーの寿命は、極端な温度下での性能だけでなく、長期にわたる充放電能力によって決まります。時間が経つにつれて、負極の侵食、電解液の蒸発、内部抵抗の増加により容量が低下します。このような緩やかな損失は自己放電として知られており、充電速度や放電深度を下げたり、極端な条件にさらさないようにすることで止めることができます。

リチウムイオン電池を製造するには、まずベータスポジュメンのような原料を採掘し、粉砕し、粉砕しなければならない。その後、硫酸で処理して硫酸リチウム溶液を形成し、さまざまな技術を使って精製しなければならない。このプロセスには通常、溶液から不純物を取り除くための沈殿、イオン交換、溶媒抽出が含まれる。純粋な硫酸リチウムが分離されると、化学反応によって炭酸リチウムや水酸化リチウムに変えることができる。この工程を経て、自動車用バッテリーが完成する。リチウムイオンバッテリーには引火性の液体電解液が含まれているため、車両の乗員や乗客を保護するために慎重に取り扱わなければならない。