豆知識

リチウムイオンの種類について

皆さん、こんにちは。Enebuil(株式会社OLYMPUS.)の長谷川です!

「長野県をエコ県 日本一にする」を目標に、電気自動車充電設備・太陽光発電・蓄電池・電気自動車の施工販売を行っている会社です。あと、新電力会社なんかもやってますので、電気周りは全部お任せいただけます!

最近のブログでは、蓄電池購入のポイントについてを取り上げています。購入を検討されているお客様はぜひ参考にしてみて下さい!

今回は「リチウムイオンの種類について」を皆さんにお伝えできればと思います。

前回のブログでは、鉛蓄電池とリチウムイオン電池の比較をお伝えさせていただきました。

短距離もマラソンもこなせる万能選手なリチウムイオン電池ですが、一口に「リチウムイオン電池」と言っても、実は更に細かく分かれていることをご存知でしたでしょうか?

今回はリチウムイオン電池の更に細かい分類を見ていきたいと思います。

まず、リチウムイオン電池の電極や充放電の化学反応についてご説明いたします。

電池には+-とあるように、正極・負極といわれる電極でそれぞれ化学反応を起こし、電子の移動を起こすことで電気を充放電します。

現在のリチウムイオン電池の正極・負極の構成は下記になります。

正極:リチウムイオン含有遷移金属酸化物

負極:炭素素材

ちょっと難しい単語が続いていますが、正極に「リチウム」という金属のイオンを含む金属が使われ、負極には黒鉛などの炭素素材が使われています。

負極はだいたい黒鉛が使われることが多く、正極の「遷移金属」の部分の金属の違いで主に種類が分かれてきます。

金属と言われた時に、パッとイメージできるのは、金銀銅、鉄あたりでしょうか?

今あげた金属もそれぞれ性質が異なる様に、性質の異なる金属を使って電池を作ることで、「リチウムイオン電池」と言っても、ちょっとずつ性能が違ってきます。

金属ごとにいくつかあるのですが、今回は下記の4つを取り上げてみます。

①コバルト系(Co)

②マンガン系(Mn)

③リン酸鉄系(FePO4)

④三元系((Ni-Mn-Co)O2)

①コバルト系(Co)

「コバルト」という金属が使われたものです。その特徴として、「鉄より錆びにくく、酸や塩基にも強い」という性質をもち、様々な合金に使用されます。

産出量が限られる「レアメタル(希少金属)」であるので、そのままの使用ではなく、合金として使われています。

レアメタルで産出量が少ない金属で、様々な使い道があることから、原料価格も高騰しており、資源としての課題を抱えています。

最もバランスの取れた正極材として使われていたのですが、コバルトの価格変動の問題があり、近年では他の材料の開発が多くみられます。

②マンガン系(Mn)

「マンガン」という金属が使われたものです。マンガンもコバルトと同様にレアメタル(希少金属)であり、主に製鉄原料として使用されています。

鉄鋼を生産する上で、必要不可欠な資源なのですが、マンガン同様にレアメタルとしての課題を抱えています。

また、マンガンは高電位なので、リチウムイオン電池の中でも高いエネルギー密度を持つことができるのが特徴です。

③リン酸鉄系(FePO4)

近年ではリン酸鉄系の様な、非酸化物系の正極材料も開発されてきています。「鉄」という金属と「リン酸」という酸化物からできているものです。

平坦な電位を持つので、エネルギー密度は比較したときに低くなるのですが、安全性が高く値段も安価になります。

三元系((Ni-Mn-Co)O2)

「ニッケル」「マンガン」「コバルト」の3種類の金属が使われたものです。「①コバルト系」のコバルトの一部をニッケルとマンガンで置換し、3つの金属を使用することで材料の安定性を高めました。複数の金属があるので、なだらかな電位変化を持ちます。

4つについて簡単にお伝えさせていただきました。リチウムイオン電池の中でも種類があることが伝わりましたでしょうか?

例えば、SHARPのクラウド蓄電池システム(型式:JH-WB1621、JH-WB1622)は「③リン酸鉄系」であり、「電極材料には安全性の高いリン酸鉄リチウムを使用しています。温度上昇時には電池内部の圧力を逃がす構造により、さらに安全性を高めています。」とHPに記載されています。

メーカーによっては、詳しく記載がないメーカーもございますが、蓄電池の素材をしっかりと確認したいというお客様は、どの分類にあたるのか見てみるといいですね!

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