近年、モバイルエネルギー源を改善する問題はより深刻になりました。これは世界的かつ日常的な問題です。グローバルな側面は、その形態のいずれかのエネルギーを切実に必要としている人類が、自由に転換できるものとして電気を選んだということです。

その理由は、電気から他への転送中の比較的低い損失と、発電ポイント（発電所）から固定消費ポイント（コンセント）への低い伝送損失です。今日の主な電力源は、TPPでの再生不可能な炭化水素燃料の燃焼です。TPPは年々少なくなり、価格も高くなっています。それにも関わらず、環境への主な害は火力発電所ではなく、自動車の内燃機関によって引き起こされます。コンパクトのため、それらはそれほど効率的ではなく、あまり良くない洗浄システムを備えています。
電気自動車に取り組むことで、私たちの世界はずっときれいになり、長期にわたる生活はさらに安くなる

しかし、私たちの多くが、緑の世界のために戦闘機を数えず、それらを考慮しさえすることは、毎日それについて考えないでしょう。多くの場合、ラップトップまたは携帯電話のディスプレイにあるアイコンを不親切な言葉で覚えており、約20分間使用し続けることがわかります。そして、「いつ、通常のバッテリーを作るのですか？」と尋ねます。

何らかの方法で、15年前から10年前まで、この質問はそれほど深刻ではありませんでした。しかし、善の最大の敵であり、都市居住者の機動性の向上、すなわちデスクトップコンピューターからラップトップへの移行、単純な携帯電話からスマートフォンへの移行、モバイルエネルギー源に対する要求が劇的に増加しています
民生用電子機器の小型化に伴い、その開発者は電源を削減するという一般的な方向に耐えなければならないため、バッテリー寿命が犠牲になります
これらの2つの問題、2つの緊急の要求、2つの要件が発生します。これらの要件は互いに隣り合っていますが、さらに多くの、さらに明確な、ほとんどすべての情報源が失敗します

ハイブリッド車と電気自動車には軽いバッテリーが必要です
ポータブル電子機器-コンパクト

残念なことに、高度な技術は、ブレークスルーが常に秩序によって実行されるわけではないようなものです。そして、「下層階級はできない、上層階級は望んでいない」。バッテリー技術の革命を期待するには？この記事では、この記事に光を当てようとします。
主な衝動は、一方ではセンセーショナルなジャーナリストによって、他方では、おそらくすでにかなりの業績を常に誇張する科学者によって作成された巨大な誤解を払拭したいという願望です。ここにニュースのほんのいくつかの例がありますが、その一つは中央チャンネルのニュースでも聞いたことがあります。
新しいリチウムイオン電池は10倍長くなり、10倍速く充電されます
ラップトップ/モバイルバッテリーは10倍長持ちするようになりました
「レアメタルの代替品がバッテリーの製造に使用されていることが判明しました。スマートフォンやその他のデバイスで使用でき、バッテリー寿命が長くなります」
「Amprius：バッテリーのエネルギーが増えると、ナノワイヤアノードにより、リチウムイオン電池の寿命が2倍になります」
ナノワイヤバッテリーは10倍長持ちします
それらはすべてあなたのほとんどに馴染みがあり、有望なバッテリーに捧げられています。

市況

20世紀を電気の世紀と呼べるなら、 過去20年はモバイルエレクトロニクスの時代であり、バッテリーが最新の成果を収めているのはまさにチップテクノロジーの開発です。 20年にわたる携帯用電子機器市場の成長は、充電式電池市場の成長の源泉となっています。 1983年に、モトローラは最初の商用携帯電話を発売しました。90年代の初めからすでに日常的に使用されるようになり、90年代の初めにもIntel386 SLでエネルギー効率の良いラップトップが誕生しました。 逆もまた真です。新しい化学電流源は、モバイルエレクトロニクスの新しい時代を先導しています。 したがって、エレクトロニクスの急速な発展は、新しいタイプのバッテリーの商業導入と一致します：1989-NiMH、1990-Li-Ion。現時点では、市場の成長は鈍化しており、このエンジンは新しい-有望なハイブリッド車市場に取って代わられています。
もちろん、これまでのところ、最も先進的なのはリチウムイオン電流源（Li-Ion）です。各種バッテリーのエネルギー容量

この技術の可能性はまだ完全には明らかにされておらず、短期および中期の見通しはすべてそれらに関連しています。さまざまなリチウムイオン設計のインジケータの範囲が以前のバッテリーよりもはるかに広いことに注意してください（右側）、リチウムイオンは根本的に新しいバッテリー動作スキームであり、その代表はレイアウトが大きく異なる可能性があります
これまでのところ、電子市場は、溶媒人口全体に限界があるため、深刻な成長の見込みはないようです。また、スマートフォンの登場により、各代表者は1〜2個のマルチメディアデバイスまたはバッテリーを持ちます。左の図は、2010年までにセル加入者の数を示しています。ネットワークはすでに55億に達しました

ポータブル電子機器（〜100から120億ドル/ g）	電気自動車市場（潜在的に〜600〜1,000億ドル/ g）

現在、モバイルエレクトロニクスにはよりコンパクトな電流源が必要であり、それらにとって重要な特性は比容積[Ah / l]とエネルギー[Wh / l]です。	ハイブリッド車や電気自動車と従来の自動車の競争力を高めるには、大幅なバッテリーの軽減が必要です。容量[Ah / g]、電力[W / g]、バッテリー1グラムあたりのエネルギー[Wh / g]の増加です。コストを削減しながら耐久性と信頼性を大幅に向上[Wh / $]

「リチウムイオン技術、
支配する
今世紀の市場で。」
岩崎隆夫 -株式会社クレハ社長（リチウムイオン電池の材料と部品）

*一部の推定によると、 2020年までに市場は5〜8トリルに成長する可能性があります。 円（約650億〜1000億ドル）
この予測では、新しいタイプのリチウムイオン電池の発明と導入が行われているため、財政的な観点から、この分野のすべての開発は寛大な支援を受けています。最近、注目を集める声明に不足はありませんでしたが、今後数年で何が期待できるかを理解しようとします

読む

1.非常に詳細な市場調査：LiB材料産業。渡部隆人、森正史2011年1月26日。ドイツ銀行グループ。

バッテリー設計

したがって、次の10年はリチウムイオン電池の時代です。したがって、将来のLiSとLi-airの電池に十分な注意を払うつもりはありません。
バッテリー自体の設計は画期的な変更を受けていないため、既存の工業デザインから始めて、新しい開発の見通しを評価できます。

バッテリーのグラムとリットルあたりの特性を予測するために、2つの電極、セパレーター、および電流コレクター、スチールケースで構成されていることを思い出してください。すべてのコンポーネントを考慮するために、18650型と14430型の円筒形バッテリーのモデルを使用します。ラップトップのバッテリーを充填するのはこれらの円筒形要素です。

評価方法。バッテリー設計の決定

基本的に、14430と18650の2種類の円筒形電池を考えてみましょう。基本的には、電極と電解液中のローラーセパレーターから巻かれた作業部と、本体-スチール容器、カバー、端子、ヒューズで構成されます。

バッテリーの特性を確立するには、理想的には、含まれるすべてのコンポーネントの形状と質量を知る必要がありますが、これらのデータはオープンソースでは見つからなかったため、他の手段で好奇心を満たします。
バッテリーの作業部分と補助部分の重量と体積を確立するために、モデルを紹介します：バッテリーは3つの部分で構成されています：スチールの垂直壁（0.3-0.5 mm）、円筒形の作業部分、およびシリンダーが採用できる下部および上部の補助部分（紫色）固定高さ、バッテリー半径、不明な密度。

基本的に、バッテリーは3つの部分で構成されています：動作（アクティブ）部分-電極とセパレーターからねじれた電解質のローラー、および本体-スチール容器、カバー、クランプ、ヒューズ。
バッテリーの動作部分と補助部分の重量と体積を確立するために、モデルを導入します。

アクティブな部分は、シリンダー（オレンジ）、および本体（缶）-鋼鉄の垂直壁（壁）-厚さb = 0.3-0.5 mmのチューブです。 下部と上部の補助部品（紫（ add ））は、シリンダー（通常は1シリンダー）で、バッテリー壁のチューブの内側半径に等しい半径、特定の固定高さ、未知の密度で取得できます。

特性を決定するには、2つのタイプのバッテリーを比較しますが、同じ充填量です。

	直径D [mm]	高さH [mm]	重量M [g]	容量C [Ah]
NoName14430	14	43	17	0.65
NoName18650	18	65	46	2.2

そして今、私たちはこれから多くの情報を絞り出します：それは明らかです
V =πr2 H
M _act + M _can = MおよびV _act + V _can = V
順番にモデルに従って
M _can = M _wall + M _addおよびV _can = V _wall + V _add
壁の特性は直接計算されます
V _wall = n（rb）r H
M _壁 =ρ _スチール V _壁
V _add = n（rb） ² x
V _add = n（rb） ² y 、
ここで、 x、yは、それぞれ高さとバイオレットの円筒部分の高さと条件付き密度の積を示す単純なパラメーターです。
ここで、同じ充填量の容量がその量に比例するという事実を使用します

上記の式とデータを使用すると、次の方程式系を簡単に作成して解決できます

、緑色で下線が引かれたマトリックスは既に知られているためです。

電極の体積と質量の計算

電極の容量は互いに等しく、バッテリーの総容量に等しい。これを使用して、通常の電池の電極のほぼ特定の静電容量を知ると、どの電池の電極に割り当てられた体積を見つけることができます

電極の特定の静電容量の計算。
電極は、導電性物質と混合された活性物質とホルダーから成り、乾燥しており、ある程度の多孔性を持っています。この混合物は、集電体-金属箔（カソードにはアルミニウム、アノードには銅）に取り付けられます。 []に従って、従来の電極に対するコレクターの体積比率が復元されます。
さらに、電解質が占める体積を確立するのは簡単です

質量誤差を減らすことによるモデルパラメーターの改良

これらの2つのバッテリーと、もう1つの最新のSony NexelIon 14430の化学的性質とその特性が知られている

	直径D [mm]	高さH [mm]	重量M [g]	容量C [Ah]
ネクセルイオン14430	14	43	20	0.91

予測

これで、モデルを使用して、質量分率（wt％）、充填密度、活性物質の体積容量、体積％体積分率、集電体密度を知ることで、バッテリーの完全な一貫性、電極の体積および重量測定容量を簡単に復元できます。そして、将来の製品の特性を評価します。言い換えれば、既存のバッテリーの欠落パラメータを評価し、新しい電極を備えたアナログにどのような特性があるかを想像できます。
過度の綿密さを気にしないために、結果を提示します

LiNi _1-xy Co _x Mn _y O ₂アノード（ラップトップおよび携帯電話用）を備えたバッテリーの容量の予測図からわかるように、今後10〜12年で、主に容量の増加により、バッテリーが30〜50％コンパクトになる可能性があります。アノード。より大きな成長の問題は、より大容量の発明にかかっています

目に見えないカソード。これまでのところ、唯一の喜びは、ラップトップのバッテリーを追加購入することです。このバッテリーは、同じ円筒形の要素を単純に多数備えているだけです。スマートフォンに関して、電話メーカーがラップトップ用に生産するような容量の増加したバッテリーの生産をなぜ無視するのか、正直に疑問に思います。原則として、私はMugen PowerとSeidoの 2つの両面バッテリーを2つ使用し、両方に満足しました。

自動車産業にとって、真に新しい世紀が来ています。
新しい低コストのカソードは、ポータブルデバイス用の同様のバッテリーと比較して、このようなバッテリーの総コストを最大50％削減するはずです。ナノ構造工学への移行により、現代の10倍、さらには100倍の力で作業するときの耐久性を大幅に向上させることができます。自動車用の有望なバッテリーの要件は、耐用年数の10〜15倍の増加であり、まだ満たされていない（〜5000サイクル）ことに注意してください。
新しいバッテリーを導入する際の主な問題はその安全性、言い換えれば会社の評判であるため、未知の会社が、スタートアップの形式を除き、ソニー、パナソニック、三洋、サムスン、123システムなどの巨人の闘争に介入できる可能性は低い。

そして最後に、一般的かつ楽観的な結論として：良くなりますが、すぐにはそうではありません）、彼らが嘘をついていないのは、条件付きのコーヒーハウスに入って数分でバッテリーを充電できるということです！

このような長い投稿は誰にとっても興味深いものではないため、結果に直接アクセスすることで、その重要な部分を簡単にスキップできることをよく知っています。以下は、バッテリーに関する一般的かつ詳細なリチウムイオン技術のかなり詳細なレビューであり、センセーショナルなニュースから「脚が成長する」場所を説明し、この分野での最新の成果について話す必要があります。予測に必要な新しい材料の特性が示されるのはそこです。

パートII 内容

電池はじめに

最も単純なセル

リチウムイオン電池

操作の歴史と原理
LIBの主要コンポーネント

化学電流源。バッテリーはじめに

これまで、私たちは消費者側だけからバッテリーについて話してきましたが、すべてのさらなる検討はデバイスの動作の詳細に移ります。レビューの冒頭で、電池をモバイルエネルギー源と呼んで、著者は意図的に具体化を避けました。電池はモバイル電流源、より具体的には化学電流源（以下HITと呼びます）です。それらの目的は、接続された外部ネットワークを介して電流を生成することです。言い換えると、特定の「力」（電圧）で電子の流れ（電流）を通過させる

化学と電流

化学は主にさまざまな文字や名前に関連付けられていますが、科学としては、物質の電気的相互作用の研究にしか関与していないことを明確にする必要があります。
ミュージシャンがノートから作曲を作成するとき、化学者は彼の単純な要素である化学物質で動作します。化学元素は、核（重粒子-中性子と正電荷の陽子の非常にコンパクトな組み合わせ）と、この原子核の負の電荷を帯びた軽い電子の対応する電荷で構成される、安定した（したがって、同じ形式で常に発生する）構造です。各元素は前の元素とは原子核内で1プロトン異なり、したがって、中性状態ではシェル内の1電子分異なります。電子は複雑な「軌道」で核の周りに位置しています-軌道。これらの軌道は、核と隣接電子の両方とのクーロン相互作用によるものです。

周期表では、元素の構造が列で繰り返され、スケールのみが変化し、元素の化学的性質が繰り返されていることが簡単にわかります。電子の外層も他の原子との相互作用に関与しています。引力は核の電荷に比例し、半径の二乗に反比例します。同志メンデレーエフのランクは（左から右へ）外殻の充填を示しています。 1つのシェルを満たすとき、その電子の軌道の半径はほぼ同じであるため、左から右へ、原子核の電荷が増加すると、引力が増加し、電子は原子核に引き寄せられます。新しいものを充填し始めている間、すべての内殻は新しいものの電子をはじき、それによって核への電子の結合力を減らします。したがって、新しい列に移動すると半径が大幅に増加します。

そのような複雑な電気的相互作用の存在の重要な結果は、電子が余分なものを取り除くか、または追加のものを取り付けることです（ほぼそれらがカードプレイヤーを取り除くか、受け入れる方法）、完全に満たされたシェルを構成する傾向があり、最後の列の要素に内蔵された不活性ガスにできるだけ類似するようになります。この規則性と呼ばれる-オクテットルール（外側の軌道に8つの電子）。何らかの方法で、上記の主な結果は、異なる要素が電子を引き付ける異なる能力を持っているという事実です。これはさまざまな数値指標（電気陰性度、イオン化エネルギー、電子吸引力）に反映されますが、主なことは、より「強い」元素が弱い元素から電子を奪うことができ、この移動が電流であることです。
現代の分類では、HITはプライマリ（バッテリー）とセカンダリ（バッテリー）に分けられます。このプレゼンテーションでは、著者はこれらの名前は後者が手頃な価格であるという事実に由来するものではなく、バッテリーに集められた一次電流源がそれ自体でエネルギー源として機能し、二次電流源が充電器から受け取ったエネルギーのみを送信するという事実に由来することを強調したい

ガルバニ効果とフランケンシュタイン

HITの基礎となる効果は、イタリアの医師であるLuigi Galvaniによって初めて発見されました。準備されたカエルを使った一連の実験で、特に2つの異なる金属のブレードを使用して、筋肉の収縮を観察し、電流を記録することができました。しかし、ガルバニの結論「筋肉は電気を生成する」は間違っていました。

この現象を正しく解釈し、起電力は2つの異なる金属の接触から生まれると結論付けた最初の人は、イタリアの物理学者A. Voltaでした。発見を実行に移して、VoltaはGalvaniという名前の最初の化学セルを作成しました。この図は、H2SO4 /亜鉛を含む交互の銅/紙ディスクのスタックを示しています。言い換えれば、これらは直列接続された電気化学セル、すなわちe / xセルのバッテリー。これは単にバッテリーと呼んでいます。

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() . , — : , «, » . , , , ( ).

.

Voltaによって発明され、Galvaniという名前の最初の電流源を考えてみてください。

バッテリーの電流源は、酸化還元反応のみです。実際、これらは2つの反応です。原子は電子を失うと酸化します。電子を取得することを回復と呼びます。つまり、酸化還元反応は、電子が流れる場所と場所の2つのポイントで発生します。

() . , . , - . Zn – Cu ( ) , , , ( ). . ()(. )

リチウムイオンに先行するすべてのキトでは、電解質は反応に積極的に関与して
います。鉛電池の動作原理を参照してください

ガルバニエラー

電解質は、イオンが電荷を運ぶ第2種のみの電流導体でもあります。人体はまさにそのような伝導体であり、筋肉は陰イオンと陽イオンの動きにより収縮します。
それで、L。ガルバニは、自然の電解質-準備されたカエルを介して誤って2つの電極を接続しました。

ヒット特性

容量 -バッテリーが完全に放電するまで接続デバイスを通過できる電子（電荷）の数[Q]または[Ah = Q / 3600]
バッテリー全体の容量は、カソードとアノードの静電容量によって形成されます：アノードが提供できる電子の数と電子の数カソードは受け入れることができます。当然、制限は2つのタンクのうち小さい方になります。

電圧は電位差です。アノードからカソードへの移行中に単一の電荷が放出するエネルギーを示すエネルギー特性[V = J / Q]。

エネルギーは、完全に放電される前に特定のHITで実行できる仕事です[J]または[Wh = J / 3600]
電力は、単位時間あたりのエネルギー伝達率または仕事[W = J /秒]
耐久性またはクーロン効率 -充放電サイクル中に回復不能に失われる容量の割合。

すべての特性は理論的に予測されますが、多くの困難な要因により、ほとんどの特性は実験的に指定されています。したがって、それらはすべて化学組成に基づいて理想的なケースで予測できますが、マクロ構造は容量と出力、耐久性の両方に大きな影響を及ぼします。

そのため、耐久性と容量は、充電/放電速度と電極のマクロ構造の両方に大きく依存します。
したがって、バッテリーは1つのパラメーターではなく、さまざまなモードのセット全体によって特徴付けられます。たとえば、バッテリー電圧（1回の充電の移動エネルギー**）は、酸化および還元中の活性物質の原子のイオン化エネルギーの値から、最初の近似（材料の見通しを評価する段階で）で推定できます。しかし、本当の意味は化学の違いです。電位、測定/充電/放電曲線の取得のために、テストセルとテスト電極と参照電極を組み合わせます。

水溶液に基づく電解質の場合、標準的な水素電極が使用されます。リチウムイオン用-金属リチウム。

*イオン化エネルギーとは、電子と原子の間の結合を切断するために電子に伝えなければならないエネルギーです。つまり、反対の符号でとると、結合エネルギーを表し、システムは常に結合エネルギーを最小化しようとします
** 1回の転送のエネルギー-1つの基本電荷の転送エネルギー1,6e-19 [Q] * 1 [V] = 1,6e-19 [J]または1eV（電子ボルト）

リチウムイオン電池

<80年代には、リチウムがアノードの有望な材料として提案されましたが、例えば、サイクルごとにアノードの反応性が高く制御されないため、カソードに直接届くリチウム「ブランチ」が成長し、二次電池で短絡が発生しましたバッテリーは、リチウムイオンのみを含む化合物を支持して、金属リチウムの使用を放棄することを決定しました。グラファイトにリチウムを含む特性はすでに説明されています。そして1991年に、ソニーは現在一般的に使用されているLi-ionという名前でグラファイト陽極を備えたリチウム電池をリリースしました。
すでに述べたように、リチウムイオン電池では、電解質は反応に直接関与しません。酸化と還元の2つの主な反応はどこで発生し、電荷バランスはどのように均等化されますか？
直接、これらの反応は、アノードのリチウムとカソード構造の金属原子の間で発生します。上記のように、リチウムイオン電池の出現は、電極用の新しい化合物の発見だけでなく、HITの機能に関する新しい原理の発見でもあります。

アノードに弱く結合した電子は、外部導体を介してカソードに放出されます。
カソードでは、電子は金属の軌道に落ち、4番目の電子を補償します。4番目の電子は、酸素によって実際に金属から奪われました。現在、金属電子は最終的に酸素に結合し、結果として生じるリチウムイオンの電界は、酸素の層の間のギャップに引き込まれます。したがって、リチウムイオン電池の膨大なエネルギーは、外部の1.2電子の回復ではなく、より深い電子の回復を処理することによって達成されます。たとえば、4番目の電子をコボルトする場合。
リチウムイオンは、周囲の酸素原子の酸素雲（赤）との弱い相互作用（ファンデルワールス）により、陰極に保持されます。

Liは周期表の 3番目の元素で、原子量が小さく、サイズが小さくなっています。リチウムが開始し、さらに2番目の行のみであるという事実により、中性原子のサイズは非常に大きく、イオンのサイズは非常に小さく、ヘリウムおよび水素原子のサイズよりも小さいため、LIBスキームでは実際に不可欠です。上記の別の結果：外部電子（2s1）は核との結合が乏しく、簡単に失われる可能性があります（これは、リチウムが水素電極P = -3.04Vに対して最も低い電位を持っているという事実で表されます）。

LIBの主要コンポーネント

電解質

従来の電池とは異なり、電解質はセパレータと一緒に反応に直接関与せず、リチウムイオンの輸送のみを提供し、電子の輸送は許可しません。
電解質の要件：
-良好なイオン伝導性
-低電子
-低コスト
-軽量
-非毒性
-電圧と温度の現在の範囲で動作する能力
-電極の構造変化を妨げる（容量の低下を防ぐ）
このレビューでは、電解質のトピックをバイパスします。これは技術的に複雑ですが、このトピックにとってそれほど重要ではありません。基本的に、LiFP ₆溶液が電解質として使用されます。
セパレータ付きの電解質は絶対絶縁体であると考えられていますが、実際にはそうではありません。
リチウムイオン電池には自己放電現象が存在します。つまり電子を含むリチウムイオンは電解質を通ってカソードに到達します。したがって、長期間保管する場合は、バッテリーを部分的に充電しておく必要があります。
動作が長時間中断されると、イオンで均一に飽和したリチウムから別のグループが目立つ場合にも老化現象が発生し、濃度の均一性が損なわれ、全体の容量が低下します。したがって、バッテリーを購入するときは、リリース日を確認する必要があります

陽極

アノードは、「ゲスト」リチウムイオンと対応する電子の両方との弱い結合を持つ電極です。現在、リチウムイオン電池のアノード用の多様なソリューションの開発にブームがあります。
陽極の要件

高い電子伝導性とイオン伝導性（高速リチウム取り込み/抽出プロセス）
テスト電極付き低電圧（Li）
大きな比容量
クーロンの原因であるリチウムの導入および抽出中のアノード構造の高い安定性

改善方法：

陽極の物質の構造のマクロ構造を変更する
物質の気孔率を減らす
新しい材料を選択します。
組み合わせ材料を適用する
電解質相との境界の特性を改善するため。

一般に、LIBのアノードは、その構造にリチウムを配置する方法に応じて3つのグループに分けることができます。

例えば、グラファイト、スピネル、および層状3d金属窒化物のグラフェン層間のアノード構造の「溝」内の配置。
プラス：高い構造安定性、耐久性。
短所：低容量
結晶中の別の物質の溶解、合金の形成 -シリコン、スズ、ゲルマニウムとの合金。
プラス：最大容量
短所：最大の構造変化：体積変化〜3-4回
オベナ反応 -金属酸化物との相互作用、塩基性金属酸化物、酸化リチウム、およびその逆の置換で構成されています
プラス：大容量
短所：大きな構造変化：〜2倍の体積変化

アノードはホストです。黒鉛

ほとんどの人が高校時代から、炭素はグラファイトとダイヤモンドの2つの主要構造に固体で存在していることを思い出しました。 これら2つの材料の特性の違いは顕著です。1つは透明で、もう1つは透明ではありません。 1つの絶縁体は別の導体で、1つはガラスを切断し、もう1つは紙の上で消去します。 その理由は、原子間相互作用の性質の違いです。
ダイヤモンドは、sp3ハイブリダイゼーションにより原子間結合が形成される結晶構造です。つまり、すべての結合は同じです。3つの4つの電子すべてが別の原子とσ結合を形成します。
グラファイトは、層状構造と層間の弱い結合を規定するsp2ハイブリダイゼーションによって形成されます。 「フローティング」共有π結合の存在により、カーボングラファイトは優れた導体になります
グラファイトは、多くの利点を備えた最初で今日の主要なアノード材料です。
高い電子伝導性
高いイオン伝導性
リチウム原子の導入中の小さな体積の変形
低コスト
アノードの材料としての最初のグラファイトは、1982年にS.バスによって提案され[1]、1985年に吉野のリチウムイオンセルに導入されました[2]。

まず、グラファイトは電極に自然な形で使用され、その容量はわずか200 mAh / gに達しました。能力を向上させるための主なリソースは、グラファイトの品質の向上（構造の改善と不純物の浄化）でした。実際、グラファイトの特性はそのマクロ構造によって大きく異なり、反対方向に配向した構造内に多数の異方性粒子が存在すると、物質の拡散特性に大きく影響します。エンジニアは黒鉛化の程度を高めようとしましたが、その増加は電解質の分解をもたらしました。最初の解決策は、電解質と混合した粉砕低黒鉛化石炭を使用することで、アノード容量は280mAh / gに増加しました（この技術は現在でも広く使用されています）.1998年に、電解質に特殊な添加剤を導入してこれを克服することができました電解質界面）電解質のさらなる分解を防ぎ[3]、人造黒鉛320 mAh / gの使用を可能にします。現在まで、グラファイト陽極の容量は360 mAh / gに達し[4]、電極全体の容量は345 mAh / gおよび476 Ah / lです [8]

反応： Li _1-x C ₆ + Li x↔LiC ₆

グラファイト構造は、6 Cあたり最大1 Li原子を受け入れることができるため、最大達成可能容量は372 mAh / gです（実際には、リチウムイオンを配置できるため、実際の何かが理論値を超えることはまれなので、これは一般的な数値ほど理論的ではありません）セル内だけでなく、グラファイト粒子の割れ目にも）
1991年以来グラファイト電極は多くの変化を経ており、いくつかの特性によれば、独立した材料として、その天井に達しているようです。改善の主な分野は、電力の増加です。バッテリーの放電/充電率。アノードの高速放電/充電は、リチウムイオンによって「引っ張られる」グラファイト構造の破壊につながるため、電力を増加させるタスクは、同時に耐久性を増加させるタスクでもあります。通常、表面積/体積比の増加につながる出力を増加させる標準的な手法に加えて、結晶格子の異なる方向でのグラファイト単結晶の拡散特性の研究に注意する必要があります[5]。これは、リチウムの拡散速度が10桁変化する可能性があることを示しています。
結論に戻る

K.S. ノボセロフとA.K. ゲーム-2010 ノーベル物理学賞の受賞者。自己使用グラフェンの発見者
[1] Bell Laboratories米国特許4,423,125
[2]旭化成日本特許1989293
[3]宇部興産株式会社米国特許6,033,809
[4]吉尾正樹、小澤明也、ラルフJ.ブロッド。リチウムイオン電池科学および技術Springer 2009。
[5]グラファイトカーボンでのリチウム拡散Kristin Persson at.al. フィス Chem。レター2010 /ローレンスバークレー国立研究所。 2010
[6]リチウム挿入グラファイトLiC6の構造および電子特性、KR Kganyago、PE Ngoep Phis。 2003年のレビュー。
[7]リチウムイオン電池に使用される負極用活物質およびその製造方法。サムスンディスプレイデバイス株式会社（KR）09 / 923,908 2003
[8]リチウムイオン電池の天然黒鉛アノードのサイクル性能と不可逆容量損失に対する電極密度の影響。チョンピオ・シムとキャスリン・A・ストリーベル

スズアノードアンドカンパニー合金

今日、最も有望なものの1つは、周期表の14番目のグループの元素のアノードです。 30年前、スズ（ Sn ）がリチウムと合金（侵入型溶液）を形成する能力はよく研究されていました[1]。 1995年にのみ、富士はスズをベースとしたアノード材料を発表しました（たとえば、[2]を参照）
同じグループのより軽い元素が同じ特性を持ち、実際にシリコン（ Si ）とゲルマニウム（ Ge ）が同じパターンのリチウムを示すと予想するのは論理的でした
Li ₂₂ Sn ₅ 、Li ₂₂ Ge ₅ 、Li ₁₅ Si ₄

Li _x + Sn（Si、Ge）<-> Li _x Sn（Si、Ge）（x <= 4.4）
このグループの材料の適用における主で一般的な困難は、 357％から400％の巨大であり、リチウムで飽和したとき（充電時）の体積変形であり、電流コレクタと材料のアノード部分との接触が失われるため、静電容量の大きな損失につながります。

おそらく、このグループの最も精巧な要素はスズです：
最も重いものであることはより難しい決定を下します。そのようなアノードの最大理論容量は960 mAh / gですが、コンパクト（ 7000 Ah / l - 1960Ah / l * ）にもかかわらず、従来のカーボンアノード3および8 （ 2.7 * ）回をそれぞれ超えています。
最も有望なのはシリコンベースのアノードで、理論的には（ 4200 mAh / g〜3590mAh / g [5]） 10倍以上軽く、 11 （ 3.14 * ）コンパクト（ 9340 Ah / l〜2440 Ah / l * ）です。グラファイト。
Siには十分な電子伝導性とイオン伝導性がないため、アノード出力を増加させる追加の手段を模索しています
Ge 、ゲルマニウムは、SnやSiほど頻繁には言及されていませんが、中間であるため、大容量（ 1600 mAh / g〜2200 * Ah / l ）であり、Siよりも400倍高いイオン伝導率を持ち、その高さを上回る場合があります高出力の電気工学を作成するときのコスト[4]

大きなバルク変形に加えて、別の問題があります。
リチウムと酸化物の不可逆的な反応による最初のサイクルでの容量の損失

SnO _x + x2Li ⁺ -> xLi ₂ O + Sn
xLi ₂ O + Sn + yLi ⁺ <-> xLi ₂ O + Li _y Sn

これが大きいほど、電極と空気の接触が大きくなります（表面積が大きくなる、つまり構造が細かくなります）
ある程度まで、これらの化合物の大きな可能性を含む多くのスキームが開発されており、欠点を解消しています。ただし、利点と同様に：
現在、これらの材料はすべてグラファイトと組み合わせたアノードで使用されており、特性が20〜30％向上しています。

*一般的な数値は体積の大幅な増加を考慮せず、活性物質の密度に作用するため（リチウムで飽和する前）、実際の状況を完全に反映していないため、著者によって修正された値はマークされています
[1] MS Foster、CE Crouthamel、SE Wood、J。Phys。 Chem。、1966
[2]ジュマス、ジャン=クロード、リッペン、ピエール=エマニュエル、オリヴィエ=フォーケード、ジョゼット、ロバート、フロレントウィルマン、パトリック2008
米国特許出願20080003502。
[3]ソニーのネクセリオンの化学と構造
リチウムイオン電極材料
J.ウルフェンスティン、JLアレン、
J.リード、D。フォスター
2006年陸軍研究所
[4] Geナノワイヤを使用した高容量リチウムイオン電池アノード
[5]リチウムイオン電池用の電極—古い問題を見る新しい方法
Journal of The Electrochemical Society、155年2月A158-A163年2008年。

既存の開発

大きなアノード変形の問題に対する既存の解決策はすべて単一の考慮事項に基づいています：拡大するとき、機械的ストレスの原因はシステムのモノリシックです：モノリシック電極をより小さな構造に分割して、互いに独立して拡張できるようにします。
最初の最も明白な方法は、粒子がより大きな粒子に融合するのを防ぐ何らかの種類のホルダーを使用して物質を簡単に粉砕することと、得られた混合物を電子伝導剤で飽和させることです。同様の解決策は、グラファイト電極の進化でたどることができます。この方法により、アノードの容量を大きくすることである程度の進歩を達成することができましたが、それにもかかわらず、検討中の材料の可能性が完全に明らかになるまで、アノードの容量（体積と質量の両方）を低電力で約 10〜30％（ 400〜550 mAh / g ）増やします
グラファイト球の表面にスズのナノサイズ粒子を導入する比較的初期の方法（電気分解）
この問題を独創的かつ簡単に見ることで、従来の工業的に入手した粉末1668 Ah / lを使用して効率的なバッテリーを作成することが可能になりました[14]
次のステップは、微粒子からナノ粒子への移行でした：超近代的なバッテリーとそのプロトタイプは、物質のナノメートルスケールの構造を調べて形成し、許容可能な耐久性で容量を500-600 mAh / g （〜600 Ah / l *）に増やすことができました[6]

電極の多くの有望なタイプのナノ構造の一つは、いわゆるシェル-コア構成。コアは作動物質からの小径の球体であり、シェルは粒子の割れを防ぎ、環境との電子通信を提供する「膜」として機能します。スズナノ粒子のシェルとしての銅の使用[8]は、多くのサイクルで高容量（ 800 mAh / g - 540 mAh / g *）を示すだけでなく、高充電/放電電流でも印象的な結果を示しました。カーボンシェル（ 600 mAh / g ）[7]と比較して、Si-C [9]に類似しています。Nanosharasは完全に活性物質で構成されているため、その容積は最高（ 1740 Ah / l （*））

述べたように、作動物質の急激な膨張の有害な影響を減らすために、膨張のためのスペースの提供が必要です。
過去1年間、研究者は実行可能なナノ構造の作成において目覚しい進歩を遂げてきました：ナノロッド
Jaephil Cho [13]は、多孔質シリコン構造を使用して、100サイクルあたり2800 mAh / gの低電力と、高電力で2600 → 2400を達成しました。
また、40 nmのグラファイトフィルムでコーティングされた安定したSiナノファイバーは、200サイクル後に3400 → 2750 mAh / g （アクティブグレード）を示します。
Yan Yao et al。[12]は、中空球の形でSiを使用することを提案し、驚くべき耐久性を実現します。容量が50％未満の700サイクル後に低下したときの初期容量は2725 mah / g （そしてわずか336 Ah / l （*））です

2011年9月、バークレーラボの科学者[10]は、安定した電子伝導ゲルの作成を発表しました。
シリコン材料の使用に革命をもたらすことができます。本発明の重要性を過大評価することは困難である。新しいゲルは、ホルダーと導体の両方として機能し、ナノ粒子の合体と接触の喪失を防ぐことができる。安価な工業用粉末を活物質として使用でき、作成者によると、価格は従来の所有者に匹敵します。工業材料（ナノSi粉末）で作られた電極は、安定した1360 mAh / gと非常に高い2100 Ah / lを提供します（*）
結論に戻る

*-著者によって計算された実容量の見積もり（付録を参照）
[1] MS Foster、CE Crouthamel、SE Wood、J。Phys。 Chem。、1966
[2] Jumas、Jean-Claude、Lippens、Pierre-Emmanuel、Olivier-Fourcade、Josette、Robert、Florent Willmann、Patrick 2008米国特許出願20080003502。
[3]ソニーのNexelionリチウムイオン電極材料の化学と構造J.ウルフェンスティン、JLアレン、J。リード、D。フォスター陸軍研究所2006。
[4] Geナノワイヤを使用した高容量リチウムイオン電池アノード
[5]液体媒体中のボールミル粉砕グラファイト/スズ複合アノード材料。 Ke Wang 2007。
[6]リチウムイオン電池のアノードとしての炭素質混合物上の無電解めっきスズ化合物Journal of Power Sources 2009。
[7]リチウムイオン電池用のSn-C複合アノードへのカーボンシェルの影響。キアノレン他 Ionics 2010。
[8] Li Rech用の新規コアシェルSn-Cuアノード。酸化還元トランスメタル化によって調製されたバッテリーが反応します。高度なマテリアル。 2010
[9]リチウムイオン電池のアノード材料としてのコア二重シェルSi @ SiO2 @ CナノコンポジットLiwei Su et al。 ChemCom 2010。
[10]高容量リチウム電池電極用に調整された電子構造を持つポリマーGao Liu et al。前売母校。 2011、23、4679–4683
[12]長いサイクル寿命を備えたリチウムイオン電池アノード用の相互接続されたシリコン中空ナノスフェア。ヤン・ヤオ他 Nano Letters 2011。
[13]リチウム二次電池用の多孔質Siアノード材料、Jaephil Cho。 J.メーター。 Chem。、2010、20、4009-4014
[14]リチウムイオン電池用の電極—古い問題を見る新しい方法電気化学会誌、155͑2͒A158-A163͑2008͒。
[15] ACCUMULATEURS FIXES、米国特許8062556 2006

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電極構造の特別な場合：

銅コーティングCu @ Snを用いたスズナノ粒子の実容量の推定

この記事から、粒子1〜3mの体積比がわかります。

0.52は粉体の充填係数です。したがって、ホルダーの後ろの残りのボリュームは0.48です

ナノスフェア。パッキング比。
ナノスフェアに与えられた低い体積容量は、内部のスフィアが中空であるため、活物質の充填係数が非常に低いためです。

単純な粉末の比較のために、それは0.1であっても-0.5 ... 07

代謝反応のアノード。金属の酸化物。

間違いなく、Fe ₂ O ₃などの金属酸化物も有望なグループに属しています。理論容量が高いこれらの材料には、電極の活性物質の離散性を高めるためのソリューションも必要です。これに関連して、ナノファイバーなどの重要なナノ構造が注目されるでしょう。

酸化物は、電極の構造にリチウムを組み込み、除外する第三の方法を示しています。グラファイト中のリチウムが主にグラフェン層間、シリコンを含む溶液中にある場合、その結晶格子に埋め込まれ、電極の基本金属とゲストであるリチウムの間の酸素交換が発生しやすくなります。電極に酸化リチウムの配列が形成され、主金属がマトリックス内でナノ粒子に成長します（たとえば、酸化モリブデンMoO ₃ + 6Li ⁺ + 6e ^- <-> 3Li ₂ O + Moとの反応を参照）
相互作用のこの性質は、電極の構造内での金属イオンの容易な移動の必要性を意味します。高い拡散、これは微粒子とナノ構造への移行を意味し

ます。異なるアノード形態、伝統的なもの（アクティブパウダー、グラファイトパウダー+ホルダー）に加えて電子通信を提供する方法と言えば、導電剤としての他の形態のグラファイトを区別することができます：
一般的なアプローチは組み合わせですナノ粒子をグラフェンの「シート」上に直接配置できる場合、グラフェンと主な物質は、作用物質が膨張するときに導体および緩衝液として機能します。この構造は、Co ₃ O ₄ [1] 778 mAh / gに対して提案されました。Fe ₂ O ₃ [1]の1100 mAh / gに似て
いますが、グラフェンの密度が非常に低いため、そのようなソリューションの適用性を評価することさえ困難です。
別の方法は、グラファイトナノチューブの使用です

。ACDillon et al。 MoO _3の実験では、800 mAh / g（600 mAh / g * 1430 Ah / l *）の高容量が5 wt％ホルダーで示されています[3]酸化アルミニウムとFe ₃ O ₄を使用せずに50サイクルコーティングした後の容量損失ホルダー安定千ミリアンペア時/ gの（770 - 1000年ああ/ L *）図右：極細グラファイトチューブ5 wt％（白）のアノード/ Fe ₂ O ₃ナノファイバーのSEM画像[3]
M _x O _y + 2yLi ⁺ + 2ye ^- <-> yLi ₂ O + xM
結論に戻る

ナノファイバーについての一言

最近、ナノファイバーは、粒子間の良好な結合を備えた大きな活性表面を提供するため、特に有望な電池に特化した材料科学出版物の出版物の最もホットなトピックの1つとなっています。
当初、ナノファイバーは活物質のナノ粒子の一種として使用され、ホルダーと導電剤との均一な混合物で電極を形成していました。

ナノファイバーの充填密度の問題は、多くの要因に依存するため、非常に複雑です。そして、明らかに、それは意図的に実際には点灯していません（特に電極に関連して）。これだけでは、陽極全体の実際の指標を分析することが困難になります。評価意見を作成するために、著者は、バンカーの干し草密度の分析に専念するRE Muck [4]の研究を使用しようと試みました。ナノファイバーのSEM画像から判断すると、パッキング密度の楽観的分析は30〜40％であり

、過去5年間で、集電体上でのナノファイバーの直接合成に注目が集まっており、多くの重大な利点があります。
作業材料と集電体の直接接触を提供し、電解質との接触を改善し、グラファイト添加剤の必要性を排除します。生産のいくつかの段階がバイパスされ、作動物質の充填密度が大幅に増加します。
K. Chanらは、Geナノファイバーのテストで、50サイクル後の2Cで、低電力で1000mAh / g（800Ah / l）、800 → 550（650 → 450 Ah / l *）を得ました[5]。同時に、Yanguang Liと共著者は、Co ₃ O _4の大容量と巨大なパワーを示しました：1100 → 800 mAh / g（880 →640Ah / l *）20サイクルおよび600 mAh / g（480 Ah / l *）後、電流が20倍増加[6]

A. Belcher **の刺激的な作品を知るために、全員に個別に注意して推奨する必要

があります。バイオテクノロジーの時代。
A. Belherは、バクテリオファージウイルスを改変することで、自然の生物学的プロセスにより、室温でナノファイバーを構築することができました。このような繊維の構造的透明度が高いため、得られる電極は環境にやさしいだけでなく、繊維パッケージのパッキングと耐久性の大幅な向上の両方を示します[7] [8] [9]
結論に戻る

*-著者が計算した実容量の推定値（付録を参照）
**

アンジェラベルチャー -優れた科学者（化学者、電気化学者、微生物学者）。ナノファイバーの合成と、特別に派生したウイルス培養を使用した電極への順序付けの発明者
（インタビューを参照）

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前述のように、アノードの充電は反応によって発生しますが、

充電中の電極の膨張の実際の指標を示す文献は見当たらないため、可能な限り小さな変化で評価することを提案します。つまり、反応物と反応生成物のモル体積の比によって（V ^Lihitatedは充電されたアノードの体積、V ^UnLihitatedは放電されたアノードの体積）金属とその酸化物の密度はオープンソースで簡単に見つけることができます。

計算フォーラム	MoO _3の計算例

得られた体積容量は連続的な活性物質の容量であり、したがって構造のタイプに応じて、活性物質は材料全体の体積の異なる割合を占めることに留意する必要があり、これはパッキング係数k _pを導入することで考慮されます。たとえば、粉末の場合、50〜70％です

[1]リチウム二次電池用の高度に可逆的なCo3O4 /グラフェンハイブリッドアノード。 H.キム他CARBON 49（2011）326-332
[2]リチウムイオン電池用の高性能アノード材料としてのナノ構造還元グラフェン酸化物/ Fe2O3複合材料。 ACSNANO VOL。 4▪いいえ。 6▪3187–3194▪2010
[3]ナノ構造金属酸化物アノード。 ACディロン。 2010
[4]バンカーサイレージ密度の新しい見方。 RE Muck。米国酪農飼料研究センターマディソン、ウィスコンシン州マディソン
[5] Geナノワイヤを使用した高容量リチウムイオン電池アノードK. Chan et。等ナノレターズ2008 Vol。8、いいえ。1 307-309
[6]高い容量とレート機能を備えたリチウムイオン電池用のメソポーラスCo3O4 ナノワイヤアレイ。李uang光等ナノレターズ2008 Vol。8、いいえ。1,265-270
[7]リチウムイオン電池電極用のナノワイヤのウイルス対応合成およびアセンブリーKi Tae Nam、Angela M. Belcher et al。www.sciencexpress.org / 2006年4月6日/ページ1 / 10.1126 / science.112271
[8]リチウムイオン電池用のウイルス対応シリコンアノード。Xilin Chen等。ACS Nano、2010、4（9）、pp 5366-5372。
[9]自己組立式、柔軟、軽量リチウム電池MIT、Belcher Aのウイルス足場US 006121346（A1）WO 2008124440（A1）

リチウムイオンHIT。陰極

リチウムイオン電池のカソードは、主にリチウムイオンを受け取り、高電圧を供給できる必要があります。つまり、静電容量とともに多くのエネルギーを供給します。

リチウムイオン電池のカソードの開発と生産の分野で興味深い状況が発生しています。 1979年、John GoodenoughとMizuchima Koichiは、LiMO2などの層構造を持つLi-Ionバッテリーのカソードの特許を取得しました。 [1] [2]
カソードの重要な要素は、

リンク、ブリッジとしての酸素、および電子雲でリチウムを「捕まえる」ことです。
遷移金属（すなわち、原子価d軌道を持つ金属）、異なる結合数の構造を形成できるため。最初のカソードは硫黄TiS ₂ [5] [6]を使用して

いましたが、その後、よりコンパクトで、最も重要な電気陰性元素である酸素に切り替わり、金属とほぼ完全にイオン結合します。LiMO ₂（*）の層構造は最も一般的であり、すべての開発は3つの候補M = Co、Ni、Mnを中心にカールされ、非常に安価なFeを常に探しています。

	フェ	Mn	ニ	Co
地殻の含有量（ppm）	50,000	950	75	25
市場価値（$ / kg）	0.23	0.5	13	25
空気中のMAC（mg / m ³）	10	5	1	0.1
水中のMAC（mg / l）	300	200	13.4	0.7

コバルトは、多くのことにもかかわらず、オリンパスを即座に捕捉し、それを保持します（カソードの90％）。しかし、140 mAh / gからの層状構造の高い安定性と規則性により、電圧範囲の拡大によりLiCoO ₂容量は160-170 mAh / gに増加しました。

しかし、地球は希少であるため、Coは高価すぎるため、その純粋な形での使用は、たとえば携帯電話などの小さなバッテリーでしか正当化できません。市場の90％は、最初の、そして今日でも、最もコンパクトなカソードで占められています。
ニッケルは有望な材料であり、高い190mA / gを示していますが、安定性がはるかに低く、Niの純粋な形の層状構造です存在しません[5]。LiNiO ₂からLiを抽出すると、LiCoO ₂ [3]の約2倍の熱が発生するため、この領域での使用は受け入れられません。
マンガン。別のよく研究された構造は、1992年に発明されたものです。 Jean-Marie Tarasco [4]、スピネル型マンガン酸化物LiMn ₂ O _4のカソード：わずかに低い容量では、この材料はLiCoO ₂およびLiNiO ₂よりもはるかに安価です。そしてはるかに信頼できる。今日では、ハイブリッド車に適しています。最近の開発は、ニッケルとコバルトの合金化に関連しており、その構造特性が大幅に改善されています。 Niと電気化学的に不活性なMg：LiNi _1-y Mg _y O ₂との合金化中の安定性の大幅な改善も認められました。リチウムイオンカソード用の多くのLiMn _x O _2x合金が知られています。
基本的な問題は、容量を増やす方法です。スズとシリコンの例で、容量を増やす最も明白な方法は周期表を上に移動することであることを既に見ましたが

残念ながら、現在使用されている遷移金属の上には何もありません（右図）。したがって、カソードに関連する近年のすべての進歩は、一般に、既存のものの欠点の除去に関連しています：耐久性の向上、品質の向上、それらの組み合わせの研究（上左）
鉄。リチウムイオン時代のごく初期から、陰極に鉄を使用するための多くの試みが行われてきましたが、何の役にも立ちません。がLiFeO _2は、理想低コストの陰極と強力になり、それが示されている[7] Liが正常電圧範囲内に構造から除去することができない[8]。この状況は、かんらん石のE / Xプロパティにシス付着して、1997年に劇的に変化したLiFePO ₄。大容量（170 mAh / g）リチウムアノードで約3.4V、数百サイクル後でも静電容量の深刻な低下がない。かんらん石の長い間の主な欠点は、導電率が低いことで、これ

により電力が著しく制限されていました。状況を修正するために、グラファイトを含むゲルを使用して古典的な動きが行われました（グラファイトでコーティングされた研削）。800サイクルで120mAh / gで高出力を達成することができました。 Nbのわずかなドーピングにより、非常に大きな進歩が達成され、導電率が8桁増加しました。
すべてが、オリビンが電気自動車の最も人気のある素材になることを示唆しています。LiFePO _4の独占所有権についてA123 Systems Inc.は長年訴訟を起こしてきました。 Black＆Decker Corpは、彼が電気自動車の未来であると信じているわけではありません。驚くことはありませんが、特許はすべてカソードの同じキャプテン-ジョン・グッドイナフで発行されています。
オリビンは安価な材料を使用する可能性を証明し、一種のプラチナを突破しました。工学的思考はすぐに形成された空間に突入しました。そのため、例えば、硫酸塩をフルオロリン酸塩で置き換えることが活発に議論されており、これにより電圧が0.8 V増加します。エネルギーと電力を22％増やします[9]。
おもしろい：かんらん石を使用する権利をめぐる論争がある間、私は結論に戻って、新しい陰極に要素を提供している多くのノーネームメーカーに出会いました

*これらの化合物はすべて、リチウムのみで安定して存在します。そして、それに応じて、すでにそれで飽和状態が作られています。したがって、それらに基づいてバッテリーを購入する場合は、最初にアノードのリチウムの一部を追い越してバッテリーを充電する必要があります。

**リチウムイオン電池のカソードの開発を理解すると、それを2つの巨人、John GoodenoughとJean-Marie Tarascoの決闘と見なすようになります。 1980年にグデナフが最初に成功したカソード（LiCoO ₂）の特許を取得しましたが、12年後にトラスコ博士が応答しました（Mn ₂ O ₄）。アメリカ人の2番目の基本的な成果は、1997年（LiFePO ₄）、そして過去10年の半ばに、フランス人はLiFeSO ₄ Fを導入することでアイデアを拡大し、完全有機電極の使用に取り組んでいます
[1] Goodenough、JB;ミズチマ、KUS特許4,302,518、1980。
[2] Goodenough、JB;水島、KUS特許4,357,215、1981。
[3]リチウムイオン電池の科学と技術。吉尾正樹、Ralph J. Brodd、小澤明也
[4] LiMn2 O4層間化合物の調製方法とリチウム二次電池での使用方法。バーブー;フィリップ・ショークーヒ;フラフK.、タラスコン;ジャン=マリーBell Communications Research、Inc. 1992米国特許5,135,732。
[5]リチウム電池およびカソード材料。 M.スタンレー・ウィッティンガム・ケム。牧師2004、104、4271-4301
[6]化学量論的二硫化チタンウィッティンガムのカソードを備えた充電式電気化学セル。 M.スタンリー。米国特許4,084,046 1976
[7] Kanno 、R。白根、T .;稲葉裕子;川本、YJ Powers 1997、68、145。
[8]リチウム電池とカソード材料。 M.スタンレー・ウィッティンガム・ケム。牧師2004、104、4271–4301
[9]リチウムイオン電池用の3.6 Vリチウムベースのフルオロ硫酸塩挿入正極。 N.レチャム1、JN。 Chotard1、L。Dupont1、C。Delacourt1、W。Walker1,2、M。Armand1およびJM。タラスコン。自然素材2009年11月。

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カソード容量は、例えばグループ、物質の重量で抽出した最大電荷として再度決定される
リチウム_1のx MO ₂ +のLi ⁺ +電子^- ---> Liが_xは MO ₂

のための例のCo

の抽出度でのLi X = 0.5容量物質意志

現時点では、製造プロセスの改善により、抽出の程度が増加し、160mAh / gに達しましたが
、もちろん、市場に出回っているほとんどの粉末はこれらの指標に達していません

.
. , , : , , , 1 kWh 387 kWh . , , (70-100 kg CO ₂1 kWh）。さらに、現代の消費社会では、財が枯渇するまで財は使用されません。つまり、このエネルギーローンを「撃退」する時間は短く、最新のバッテリーの処分は高価であり、常に手頃な価格の運動ではありません。したがって、現代のバッテリーのエネルギー効率は依然として疑問です[1]。
最近、室温で電極を合成できるいくつかの有望なバイオテクノロジーが登場しました。 A.ベルチャー（ウイルス）、J.M。タラスコ（細菌の使用）。

そのような有望な生体材料の優れた例は、リチウム化されたオキソカーボン-Li₂ C ₆ O ₆（リチウムラジゾン酸塩）[2]は、式ごとに最大4つのLiを可逆的に収容する能力を持ち、大きな重量容量を示しましたが、修復はパイ結合に関連しているため、わずかに低い電位（2.4 V）です。他の芳香環[2]も正極の基礎と見なされ[2]、バッテリーの大幅な軽減が報告されています。
すべての有機化学は軽元素C、H、O、およびNを扱うため、有機化合物の主な「欠点」は低密度です。。この分野がどれほど有望かを理解するには、これらの物質はリンゴやトウモロコシから入手でき、簡単に利用および加工できると言うだけで十分です。
ラジゾン酸リチウムは、限られた電流密度（電力）でない限り、自動車産業にとって最も有望なカソードであり、低密度材料（低容量）ではない場合、ポータブル電子機器にとって最も有望であるとすでに考えられています（左図）。それまでの間、これは最も有望な作業分野の1つにすぎません。
結論に戻る

[1]たとえば、Hybrid vs disel
[2] Morshi Yasushi et al。Nature Mat。10,947–951（2011）

もちろん、何かは非常に表面的に説明されており、完全に正しいわけではないかもしれませんが、興味のある
すべての見通しを概説するには十分です

バッテリーの近い将来

市況

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