何謂鋰離子電池 (充電電池)？
Matsushima Measure Tech
何謂鋰離子電池（充電電池）？
可以重複充電和使用的電池稱為充電電池。其中，鋰離子充電電池具有最高的能量密度，可以實現小型卻有大容量的電池。透過在正極材料和負極材料之間移動的鋰離子，可以進行多次充電和放電。另外，不能充電的電池稱為一次性電池，例如乾電池。
鋰離子充電電池的正極、負極和電解水的材料根據用途和製造商而不同，典型的成分包含正極的鋰過渡金屬複合氧化物、負極的碳材料和電解水使用有機溶劑等非水電解質。
■對社會的貢獻・影響
鋰離子充電電池廣泛使用在行動電話、筆記型電腦、數位相機和攝影機以及攜帶式音樂播放器等電子和電氣設備中。
配備小型輕量的鋰離子電池，大大提高了電子電氣設備的便利性，實現了快速準確的訊息傳輸，並提高了安全性、生產力和生活品質，具有巨大的貢獻。
鋰離子電池也作為環保車和電動火車等交通工具的電源投入實際應用。
與一次性電池不同，鋰離子電池（充電電池）的一大特點是可以重複充電。
充電電池在充電耗盡後仍可再次使用，其用途廣泛，包括電子電氣設備以及應急蓄電池。
鋰離子充電電池的正極、負極和電解水的材料根據用途和製造商而不同，典型的成分包含正極的鋰過渡金屬複合氧化物、負極的碳材料和電解水使用有機溶劑等非水電解質。
■對社會的貢獻・影響
鋰離子充電電池廣泛使用在行動電話、筆記型電腦、數位相機和攝影機以及攜帶式音樂播放器等電子和電氣設備中。
配備小型輕量的鋰離子電池，大大提高了電子電氣設備的便利性，實現了快速準確的訊息傳輸，並提高了安全性、生產力和生活品質，具有巨大的貢獻。
鋰離子電池也作為環保車和電動火車等交通工具的電源投入實際應用。
與一次性電池不同，鋰離子電池（充電電池）的一大特點是可以重複充電。
充電電池在充電耗盡後仍可再次使用，其用途廣泛，包括電子電氣設備以及應急蓄電池。
充電電池的種類與特長
| 蓄電池 | 優點 | 穩定性優越，價格較為便宜 |
| 缺點 | 使用頻率隨著比例性能逐漸降低，壽命短 | |
| 用途 | 車用電池，備用電源用電池等 | |
| 鎳電池 | 優點 | 能源密度高，對過度充電・過度放電耐性高 |
| 缺點 | 自然放電量大，不使用也會減少電氣容量 | |
| 用途 | 電動工具、緊急用電源等 | |
| 鋰離子電池 | 優點 | 蓄電池中能源密度高加上能小型化，壽命也比較長 |
| 缺點 | 比鉛蓄電池貴 | |
| 用途 | 手提電子設備、油電混合車應用等 | |
| 鈉離子電池 | 優點 | 300℃左右的高温也能動作的蓄電池。比鉛蓄電池小1/3左右。不會自行放電，充放電効率高 |
| 缺點 | 比鋰離子電池貴 | |
| 用途 | 大規模電力貯蔵 |
近５年的電池生産量，一次電池與二次電池的生産數量比例約６：４，一次電池較多。
就二次電池而言，鎳氫電池和鋰離子電池約佔100%，比例為3：7，其中鋰離子電池所佔比例較大。
整體來看，一次電池與二次電池的比例約為１：９，其中二次電池佔大多數，鋰離子電池佔一半。
這可能是由於廣泛用於智慧型手機和混合動力汽車等行動電池。
鋰離子電池的材料有哪些？
製造鋰離子電池所使用的主要材料有正極活性材料、負極活性材料、電解水和隔離器。
在鋰離子電池內部，當鋰離子透過電解水在正極和負極之間來回移動時，就會發生充電和放電。
陰極材料通常包括鈷、鎳和錳的單一或複合金屬氧化物，以及磷酸鐵基材料。
負極材料使用碳系材料（石墨）和合金系材料。
在鋰離子電池內部，當鋰離子透過電解水在正極和負極之間來回移動時，就會發生充電和放電。
陰極材料通常包括鈷、鎳和錳的單一或複合金屬氧化物，以及磷酸鐵基材料。
負極材料使用碳系材料（石墨）和合金系材料。
鋰離子電池所用材料儲量有多少？
隨著手機、行動裝置、電腦和混合動力汽車的使用，對可充電和重複使用的鋰離子電池的需求預計將繼續增長。
我們會專注於主要材料，確認鋰離子電池生產量的原料是否充足。
正極材
■鈷
世界儲量：約710萬噸
依國家分列的儲量：剛果（50%）、澳洲（17%）、古巴（7%）、菲律賓（4.0%）、尚比亞（3.8%）
世界鈷礦石產量從1999年的25,700噸增加到2007年的62,300噸。 這一數字一直在增加，反映出全球（主要是中國和日本）對鋰離子二次電池的強勁需求。 到目前為止，鈷一直是作為最均衡的正極材料使用的主要材料，但由於鈷是一種昂貴的材料且其價格波動較大，因此最近開發了其他材料。
參考來源：https://www.jetro.go.jp/biz/areareports/2018/5031cf98b023cbd4.html
■鎳
世界儲量：約9500萬噸
依國家分列的儲量：澳洲（22.1%）、印尼（22.1%）、巴西（16.8%）、俄羅斯（7.9%）、菲律賓（5.1%）
這些礦床和礦場主要位於赤道地區，近幾十年來此類礦床的產量穩定成長。 硫化物礦床位於南非、俄羅斯和加拿大。 澳洲蘊藏著豐富的硫化物和紅土礦藏。 雖然容量最高，但存在安全問題，據說很難投入實際使用，因此在量產產品中很少見到。
參考來源：https://www.jetro.go.jp/biz/areareports/2022/796f22bef5751d43.html
■錳
世界儲量：約15億噸
按國家分列的儲備：南非（43%）、澳洲（18%）、巴西（18%）、烏克蘭（9%）、加彭（4%）
日本有許多錳礦，但於1986年停止生產。 主要礦山包括岩手縣的野田玉川礦山、北海道的大江礦山、上國礦山、稻倉石礦山、石崎礦山、長野縣的濱橫川礦山。
參考來源：https://resource.ashigaru.jp/list/manganese/country.html
負極材
負極材料主要是碳材料，需求有天然石墨、人工石墨、硬碳、MCMB（中間相微球）等。
使用碳材料作為負極的優點
① 由於碳材料吸收鋰，電池中基本上不存在金屬鋰，因此安全。
② 可大量吸收鋰，產生高容量。
2018年全球負極材料（負極活性物質）產量預計約20萬噸，銷售額預計約2,300億日圓。
目前的負極材料包括石墨、硬碳、軟碳、鈦酸鋰(Li4Ti5O12)和合金。
目前負極材料市場約90%由石墨基材料組成，石墨基材料幾乎應用於行動裝置、汽車、固定設備等所有應用領域。然而，隨著電池應用的多樣化，各種負極材料也正在開發中。
負極材料對電池能量密度、輸出特性、循環特性、溫度特性和安全性等重要參數有重大影響。
石墨基材可分為天然石墨和人造石墨。 天然石墨是透過將開採的天然石墨礦石（石墨）破碎、浮選，然後用氫氟酸處理以提高石墨純度而製造的。
天然石墨含有許多扭曲顆粒，充電時電解液容易分解，增加了電池的不可逆容量。 因此，採取了對策，在天然石墨的表面塗覆造粒人造石墨，具有優異的耐分解性。
雖然石墨是一種能量密度、循環特性和輸出特性之間具有優異平衡的材料，但其缺點是難以在低溫或高溫環境下穩定運行，因此電池的溫度管理很重要。
使用碳材料作為負極的優點
① 由於碳材料吸收鋰，電池中基本上不存在金屬鋰，因此安全。
② 可大量吸收鋰，產生高容量。
2018年全球負極材料（負極活性物質）產量預計約20萬噸，銷售額預計約2,300億日圓。
目前的負極材料包括石墨、硬碳、軟碳、鈦酸鋰(Li4Ti5O12)和合金。
目前負極材料市場約90%由石墨基材料組成，石墨基材料幾乎應用於行動裝置、汽車、固定設備等所有應用領域。然而，隨著電池應用的多樣化，各種負極材料也正在開發中。
負極材料對電池能量密度、輸出特性、循環特性、溫度特性和安全性等重要參數有重大影響。
石墨基材可分為天然石墨和人造石墨。 天然石墨是透過將開採的天然石墨礦石（石墨）破碎、浮選，然後用氫氟酸處理以提高石墨純度而製造的。
天然石墨含有許多扭曲顆粒，充電時電解液容易分解，增加了電池的不可逆容量。 因此，採取了對策，在天然石墨的表面塗覆造粒人造石墨，具有優異的耐分解性。
雖然石墨是一種能量密度、循環特性和輸出特性之間具有優異平衡的材料，但其缺點是難以在低溫或高溫環境下穩定運行，因此電池的溫度管理很重要。
鋰離子電池的製造工程上的問題點
集塵機常用於收集鋰離子生產線上的粉塵。
然而，一家製造商的工廠，集塵機的濾布交換後得設置出錯或是劣化等問題，全工廠每月有9噸以上的原料從集塵機中洩漏出去。
導致該公司每月損失約2,700萬日元，同時也引發了空氣汚染問題。
然而，一家製造商的工廠，集塵機的濾布交換後得設置出錯或是劣化等問題，全工廠每月有9噸以上的原料從集塵機中洩漏出去。
導致該公司每月損失約2,700萬日元，同時也引發了空氣汚染問題。
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