リチウム電池とリチウムイオン電池の違い -専門エンジニアによる 10年間の経験のまとめ (2024年最新版)

電池の重要な役割

完全に接続されたインテリジェントなデバイスのこの時代において、バッテリー技術の革命は私たちの生活様式を再形成しています。朝、アラームが鳴ったときのスマートフォンから、通勤中の電動自転車、机の上のワイヤレスキーボードやマウス、病院の携帯型医療機器まで、バッテリーは私たちの生活をより便利で効率的にします。 ただし、リチウム電池とリチウムイオン電池の違いに関しては、技術愛好家でさえ混乱することがよくあります。 この記事は、読者が詳細な分析を通じて、これら2つの主要なエネルギー技術の本質的な違いを真に理解するのに役立ちます。

デジタルトランスフォーメーションの波の中で、リチウム電池とリチウムイオン電池の違いを理解することは特に重要になっています。 バッテリー技術の応用は、現代生活のあらゆる側面に浸透しています。

家電：

(1)スマートフォン:5Gネットワークや大画面ディスプレイの継続的な電源供給要件に対応

(2)ラップトップ:モバイルオフィスの長いバッテリー寿命の要件を満たします

(3)スマートウェアラブル:スマートウォッチやスポーツブレスレットに安定した電源を提供します

(4)デジタルカメラ:プロの撮影機器の信頼性の高い操作を確保します

産業用アプリケーション:

(1)産業用ロボット:自動生産ラインの連続運転を維持する

(2)非常用バックアップ電源:主要機器の無停電電源を確保してください

(3)医療機器:携帯型医療機器の安定稼働をサポート

(4)科学研究機器:精密測定機器にクリーンエネルギーを提供します

新エネルギー輸送:

(1)電気自動車:新エネルギー車を運転するための中核動力源

(2)電動自転車:近距離の都市移動にグリーンエネルギーを提供します

(3)電動スクーター:マイクロビークルの操縦性をサポート

(4)ハイブリッドシステム:従来の燃料車の燃費向上に貢献

リチウム電池の役割

リチウム電池は、革新的な一次電池技術として、アノード材料としてリチウム金属またはリチウム合金を使用することにあります。 この選択は偶然ではなく、リチウムのユニークな化学的性質に基づいていました。

リチウム電池のアノード材料:

(1)リチウム金属シート:純度は≥99.9%で、厚さは通常0.1〜0.5mmです

(2)リチウム合金:リチウムアルミニウム合金など、安全性能を向上させます

(3)表面処理:酸化を防ぐための特別な不動態化プロセス

(4)集電体:導電性を確保するためのニッケルメッシュまたはステンレス鋼メッシュ

リチウム電池のカソード材料には、通常、次のものが含まれます。

二酸化マンガン(MnO2):低コストで安全性が高い

電圧プラットフォーム:3.0V

比容量:約280mAh/g/

二酸化硫黄(SO2):高エネルギー密度

動作温度範囲:-55°C〜+70°C

保管寿命:>10年

塩化チオニル(SOCl2):最高のエネルギー密度

エネルギー密度:650Wh / kg

自己放電率:<1%/年

3.電解質は非水系であり、通常は有機溶媒に溶解したリチウム塩であり、リチウムと水との間の激しい反応を回避できます。

有機溶剤:

アクリルカーボネート(PC)

ジメトキシエタン(DME)

テトラヒドロフラン(THF)

リチウム塩:

過塩素酸リチウム(LiClO4)

ヘキサフルオロヒ酸リチウム(LiAsF6)

添加物：

導電性エンハンサー

成膜添加剤

仕組み

リチウム電池の作業プロセスは、エレガントで効率的であると説明できます。

(1)退院初期

リチウム金属はアノードで酸化反応を起こし、電子を放出してリチウムイオンを形成します

Li → Li+ + e-

イオンモビリティー:

リチウムイオンは電解質溶液を介してカソードに移動します

電子伝導:

電子は外部回路を介してカソードに到達し、電気機器を駆動して作動させます

陰極反応:

リチウムイオンは、カソードで電子と還元反応を起こします

このプロセスは不可逆的な化学反応であり、リチウム電池を充電できない理由の科学を説明しています。

注目すべき機能:

リチウム電池の優れた性能上の利点:

エネルギー密度は最大500Wh/kg

動作電圧は3.0V〜3.6Vです

自己放電率は年間1%未満と低くなっています

広い温度範囲(-40°C〜+60°C)

保管寿命は10年以上です

セキュリティに関する考慮事項

安全性は、リチウム電池の使用における重要な焦点領域です。

(1)リチウム金属の高活性は潜在的なリスクをもたらします

(2)安全弁その他の保護装置が装備されていること

(3)充電、ショート、加熱は固く禁じられています

(4)特別な輸送および保管条件が必要です

リチウムイオン電池のダイナミクス

リチウム電池とリチウムイオン電池の違いを理解することは、現代のエネルギーアプリケーションにとって非常に重要です。 リチウムイオン電池の革新的な設計は、携帯型電子機器の使用方法に革命をもたらしました。

リチウムイオン電池の中核となるイノベーションは次のとおりです。

アノード材料:

グラファイト(最も一般的に使用される)

ハードカーボン

ソフトカーボン

近年開発されたシリコン系材料

カソード材質:

コバルト酸リチウム(LiCoO2)

リチウムニッケル-コバルト-マンガン酸化物(NCM)

リン酸鉄リチウム(LiFePO4)

酸化マンガンリチウム(LiMn2O4)

電解質システム

有機炭酸塩混合溶剤

ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)などのリチウム塩。

あらゆる種類の添加剤

リチウムイオン電池のしくみ

リチウムイオン電池の動作メカニズムは、比喩的に「ロッキングチェアメカニズム」と呼ばれています。

充電プロセス:

カソードはリチウムイオンを放出します

リチウムイオンは電解質を介してアノードに移動します

リチウムイオンは、グラファイトアノード層間で受信および保存されます

排出プロセス

アノードはリチウムイオンを放出します

リチウムイオンはカソードに戻ります

電子は外部回路を通じて電流を生成します

この可逆的な埋め込み-埋め込み解除プロセスは、リチウムイオン電池の充電式特性の鍵です。

充電性と耐久性

最新のリチウムイオン電池の性能指標は印象的です。

サイクル寿命:

ハイエンド製品は3000〜5000回に達することができます

通常の製品の場合は500〜1500倍

充放電効率

初回の効率85-90%

安定したサイクル効率>99%

容量保持

1年後≥80%

500サイクル後≥80%

違いを解読する

リチウム電池とリチウムイオン電池の違いを深く理解するには、複数の側面から体系的な分析が必要です。

化学組成と再充電性

2種類のバッテリーの基本的な違いは、次の点に反映されています。

電極材料:

リチウム電池:金属リチウムアノード

リチウムイオン電池:リチウム化合物、炭素材料

反応メカニズム:

リチウム電池:不可逆的な化学反応

リチウムイオン電池:可逆的な埋め込み・非インターカレーションプロセス

エネルギー密度と性能

パフォーマンスパラメータの比較:

エネルギー密度:

リチウム電池:より高い理論値

リチウムイオン電池:実用化に向けてより最適化

出力特性:

リチウム電池:定放電電圧

リチウムイオン電池:勾配降下電圧

耐用年数：

リチウム電池:1回限りの使用

リチウムイオン電池:リサイクル

安全機能と環境への影響

安全設計の違い:

保護メカニズム:

過充電保護

過放電保護

過電流保護

温度監視

環境適応性

温度範囲

湿度要件

耐振動性

環境への影響

マテリアルリサイクル性

ライフサイクルアセスメント

カーボンフットプリント分析

実用的なアプリケーションと考慮事項

アプリケーションシナリオ分析

リチウム電池応用分野

軍事装備

航空宇宙機器

医療用インプラント

海洋監視機器

リチウムイオン電池の応用分野:

家電

電気自動車

エネルギー貯蔵システム

ポータブルツール

保管とメンテナンスのガイドライン

保管条件

温度は15〜25°Cに制御されています

相対湿度45-75%

直射日光を避けて保管してください

磁場干渉から遠ざけてください

メンテナンスポイント

定期健康診断

パフォーマンス監視

保護措置

交換規格

リチウム電池とリチウムイオン電池の違いを深く理解した後、特定のアプリケーションシナリオに基づいて、より多くの情報に基づいた選択を行うことができます。

長期安定電源が必要な低電力デバイスには、リチウム電池が最適です

日常的に使用する充電式デバイスの場合、リチウムイオン電池には利点があります

特殊なアプリケーションシナリオでは、さまざまなパフォーマンス指標を包括的に考慮する必要があります