全固体電池にはリチウムが使用されていますか?

をします全固体電池リチウムを使用しますか? 

はい、でも同じではありません

はい、全固体電池リチウムを使用します。その部分は単純です。さらに興味深いのは、全固体電池の性能が従来の電池と異なる理由を理解しようとする人にとってより有益であることは、リチウムがどのように使用されるのか、そして液体電解質設計から固体電池に移行すると何が変わるのかということです。

違いはエンジニアリングの詳細だけではありません。これは、全固体電池のマーケティングで見られる性能に関する主張について説明しており、それらの主張が検討している特定の電池に当てはまるかどうかを評価するのに役立ちます。

あらゆるバッテリーにおけるリチウムの役割

固体電池であろうと従来型であろうと、あらゆるリチウム電池において、リチウムは動作イオンです。充電中、リチウムイオンはカソード (正極) から出て電解質中を移動し、アノード (負極) に蓄えられます。放電中はそのプロセスが逆になります。リチウムイオンがアノードから電解質を通ってカソードに戻り、その移動で放出されるエネルギーがドローンに電力を供給します。

電解液の役割は、単にリチウムイオンを通過させ、電子をブロックすることです。電子は代わりに外部回路を通って移動し、モーターに電力を供給します。電解質が液体であっても固体であっても、リチウムは同じ基本的な働きをしています。

変化するのは、リチウムがアノード内のどこに貯蔵されるか、そしてその貯蔵がいかに効率的に行われるかということです。

従来の電池が負極にリチウムを貯蔵する仕組み

標準的なリチウムポリマー電池では、アノードはグラファイトでできています。リチウムイオンは単にグラファイト上に蓄積するのではなく、インターカレートします。つまり、グラファイトの結晶構造内の炭素原子の層の間を滑り込みます。各グラファイトユニットは、その結晶形状によって決まる固定数のリチウムイオンのみを保持できます。

このインターカレーションメカニズムは安定しており、よく理解されていますが、黒鉛アノードが材料 1 グラムあたりどれだけのリチウムを貯蔵できるかについては厳しい上限が設定されています。この上限は、残りの設計がどれほど優れていても、従来の LiPo バッテリーのエネルギー密度をパック レベルでおよそ 200 ～ 260 Wh/kg に制限する原因の一部です。

全固体電池がリチウムをどのように異なる方法で使用できるか

ここでソリッドステート設計が有意義なパフォーマンスの機会を生み出します。

固体電解質はデンドライトの貫通（液体電解質電池ではリチウム金属アノードを危険にする金属フィラメント）を物理的にブロックできるため、固体電池はグラファイトアノードを純粋なリチウム金属に置き換えることができます。

リチウム金属はインターカレートしません。充電および放電中にバルク金属として直接めっきおよび剥離を行います。また、リチウム金属は、グラファイトよりもグラムあたり約 10 倍多くのリチウムイオンを蓄えます。

その結果、リチウム金属アノードを備えた全固体電池は、グラファイトアノード設計と同じエネルギー密度の上限に達しません。これは、先進的な固体電池に関連する 350 ～ 400 Wh/kg 以上のパックレベルのエネルギー密度数値の背後にあるアーキテクチャです。この数値は、電解質の種類に関係なく、グラファイト陽極では達成できません。

製品を評価する際にこの区別が重要な理由

すべての全固体電池がリチウム金属負極を使用しているわけではありません。第一世代のソリッドステート設計では、多くの場合グラファイト陽極を保持し、電解質のみを交換します。これらのバッテリーは、LiPo と比較して安全性とサイクル寿命が向上しており、本物の利点がありますが、そのエネルギー密度は従来のリチウムイオンバッテリーと同等であり、劇的に高いわけではありません。

350 以上の Wh/kg を主張する全固体電池を見ると、リチウム金属アノードがその数値の背後にあります。 210 ～ 240 Wh/kg を主張するものを見ると、ほぼ確実にグラファイトが使用されています。電解質は変更されましたが、アノードは変更されていません。

UAV オペレーターはソリッド ステートのオプションのどちらかを選択し、「このバッテリーはリチウム金属アノードを使用しますか? それともグラファイトを使用しますか?」と尋ねます。エネルギー密度の主張が完全な固体状態の利点に基づいているのか、それとも単に電解質の代替に基づいているのかがすぐにわかります。

ザイバッテリー のアノード アーキテクチャに関するドキュメント

ザイバッテリーは、ソリッドステート リチウム イオンおよび高性能リチウム ポリマー UAV バッテリーのアノード アーキテクチャ仕様を提供します。これは、アノードにリチウム金属とグラファイトのどちらが使用されているかによって、スペック シートのエネルギー密度の数値が完全なソリッド ステート設計によるものであるか、ハイブリッド アプローチによるものであるかが決まるためです。

全固体電池リチウムを使用します。より有益な質問は、どこでどのようにするかということであり、その質問には具体的で文書化可能な答えがあります。