溶媒和・脱溶媒和とは?【リチウムイオン電池の反応と溶媒和・脱溶媒和)

溶媒和・脱溶媒和とは?【リチウムイオン電池の反応と溶媒和・脱溶媒和】

 

いまリチウムイオン電池の発火事故が急増しており、リチウムイオン電池の危険性が認識されるようになってきました。

 

一方、リチウムイオン電池は高電圧、高容量、高エネルギー密度、長寿命などのメリットがあるためスマホバッテリーや電気自動車搭載電池、家庭用蓄電池などさまざまな製品に採用されています。

 

今後のIOT化が進む中で、このような特長を持つリチウムイオン電池の重要性はさらに増していき、リチウムイオン電池について理解を深めることが重要となるでしょう。

 

ここでは、リチウムイオン電池を始めとした電池の基礎的な用語である「溶媒和」「脱溶媒和」に関する内容について解説していきます。

 

・そもそも溶媒和・脱溶媒和とは?

 

・リチウムイオン電池の反応における溶媒和・脱溶媒和とは?

 

・輸率と溶媒和の関係 ストークス半径とは?

 

・溶媒和エネルギーの計算

 

 

そもそも溶媒和・脱溶媒和とは?

溶媒和とは、溶媒にイオン性物質が溶け、電離し、電子したカチオンとアニオンに溶媒分子が取り囲むことを指します。

 

溶媒分子が結びつく力としては、異なる電荷のクーロン力(静電気力)や水素結合による力などがあります。

 

溶媒和のイメージは以下の通りです。カチオンに対しては、溶媒分子の極性がマイナス(−)に偏っている方をカチオンにむけて配置されます。

 


一方で脱溶媒和とはカチオン、アニオンから溶媒分子が取り除かれる現象のことを指します。

 

それでは、当サイトのメインテーマでもリチウムイオン電池における脱溶媒和・脱溶媒和とはどのように起こるのでしょうか?

 

関連記事

 

リチウムイオン電池の構成・反応・特徴
インターカレーション反応とは?
クーロン力(静電気力)とは?

 

リチウムイオン電池の反応における溶媒和・脱溶媒和とは?

リチウムイオン電池における溶媒和・脱溶媒和は、充電や放電に伴いLiイオンが正極活物質や負極活物質の中に脱挿入される現象のことを指します。

 

リチウムイオン電池全体の構成と反応の概要を以下に解説します。

 

一般的なリチウムイオン電池では、正極材(正極活物質)にコバルト酸リチウム、負極材(負極活物質)に黒鉛を使用した電極、電解液には有機溶剤系の溶媒(エチレンカーボネートなど)にLiPF6の塩をとかしたものを使用し、組み付けて作製されます。

 

以下のような構造のイメージ図です(詳細はリチウムイオン電池の構成・反応・特徴で解説しています)。

 

 

ここで、放電時には正極活物質内へリチウムイオンが取り込まれ、逆に負極活物質からはリチウムイオンがでていきます。活物質内に挿入・脱挿入される際には、溶媒分子が無くなる「脱溶媒和」と溶媒分子がつく「溶媒和」が同時におこります。

 

つまり、リチウムイオン電池の電荷移動反応(インターカレーション反応)に付随する現象がこの溶媒和・脱溶媒和といえます。

 

電解液のドナー性・アクセプター性といって各種物性や使用するリチウム塩の物性によって、溶媒和のしやすさは変化します。

 

それでは、溶媒和エネルギーとはどのように計算されるのでしょうか?

 

関連記事

 

リチウムイオン電池の構成・反応・特徴
インターカレーション反応とは?
クーロン力(静電気力)とは?

 

 

溶媒和エネルギーの計算方法 ボルンの式とは?

実は溶媒和のエネルギーは以下のボルンの式と呼ばれるギブズ

 

 

 

 

 

 

関連記事

 

リチウムイオン電池の構成・反応・特徴
インターカレーション反応とは?
クーロン力(静電気力)とは?

リチウムイオン電池における輸率と溶媒和(ストークス半径)の関係

 

 

 

関連記事

 

リチウムイオン電池の構成・反応・特徴
インターカレーション反応とは?
クーロン力(静電気力)とは?

 

 

溶媒和・脱溶媒和とは?【リチウムイオン電池の反応と溶媒和・脱溶媒和) 関連ページ

リチウムイオン電池の正極活物質とコバルト酸リチウムの反応と特徴
【容量の算出】コバルト酸リチウムの理論容量を算出する方法
リン酸鉄リチウム(LFP)の反応と特徴 Li-Fe(リチウムフェライト)電池とは?鉛蓄電池の置き換えに適している?
【容量の算出】マンガン酸リチウムの理論容量を算出する方法
リン酸鉄リチウム(LFP)の合成方法
【容量の算出】リン酸鉄リチウムの理論容量を算出する方法
マンガン酸リチウムの反応と特徴
リチウムイオン電池における導電助剤の位置づけ VGCF(気相成長炭素)の特徴
正極の電極構造
黒鉛の反応と特徴
難黒鉛化炭素の反応と特徴
易黒鉛化炭素の反応と特徴
チタン酸リチウムの反応と特徴
電解液(溶媒)の材料化学
電解液(溶媒)に入れる添加剤の役割と種類(VC,FECなど)
電解液(塩)の材料化学 なぜ市販品ではLiPF6が採用されているか?
リチウムイオン電池におけるセパレータの位置づけと材料化学
リチウムイオン電池におけるバインダーの位置づけと材料化学
【リチウムイオン電池材料の評価】セパレータの透気度とは?
リチウムイオン電池のセパレータに求められる特性
リチウムイオン電池の寿命予測方法(ルート則)
リチウムイオン電池の寿命予測方法(内部抵抗の上昇の予測)
リチウムイオン電池の劣化後の放電曲線(作動電圧)の予測方法
【アレニウスの式使用問題演習】リチウムイオン電池の寿命予測をExcelで行ってみよう!
【続アレニウスの式使用問題演習】リチウムイオン電池の寿命予測をExcelで行ってみよう!その2
【サイクル試験の寿命予測、劣化診断】リチウムイオン電池の寿命予測(サイクル試験)をExcelで行ってみよう!
リチウムイオン電池の寿命予測方法 ルート則とべき乗則
【リチウムイオン電池の解析】XRDとは?測定原理と得られる情報、X線回折装置
【リチウムイオン電池の解析】XRDなどに使用されるKα線とは?
【リチウムイオン電池の解析】XPSとは?測定原理と得られる情報
【リチウムイオン電池の解析】ラマン分光法とは?測定原理と得られる情報
【リチウムイオン電池の解析】IR(赤外分光法)とは??測定原理と得られる情報
【リチウムイオン電池の解析】ICP-MS(ICP質量分析法)とは??測定原理と得られる情報
【リチウムイオン電池の解析】SEMとは?測定原理と得られる情報
【解析関連用語】化学におけるinsituとはどういう意味?読み方は?【リチウムイオン電池の解析】
【演習問題】ランベルトベールの法則と計算・演習問題【リチウムイオン電池の解析】
DSCとは?測定原理と得られる情報は?
ヘンリーの吸着等温式とは?導出過程は?
ラングミュア(langmuir)の吸着等温式とは?導出過程は?
化学吸着と物理吸着の違いは?活性炭と物理吸着【電気二重層キャパシタ材料としても使用】
【演習問題】比表面積を求める方法【BET吸着_ラングミュア吸着】
【比表面積の計算】BET吸着とは?導出過程は?【リチウムイオン電池の解析】
【材料力学】弾性係数とは?求め方と使用方法【リチウムイオン電池の構造解析】
【材料力学】熱ひずみ・熱応力とは?導出と計算方法は?
【材料力学】ポアソン比とは?求め方と使用方法【リチウムイオン電池の構造解析】
【材料力学】応力-ひずみ線図とは?【リチウムイオン電池の構造解析】
【材料力学】材料のたわみ計算方法は?断面二次モーメント使用【リチウムイオン電池の構造解析】
【材料力学】断面二次モーメントとは?断面係数とは?【リチウムイオン電池の構造解析】
【材料力学】剥離強度とは?電極の剥離強度【リチウムイオン電池の構造解析】
絶縁距離とは?沿面距離と空間距離の違いは?
電池の安全性試験の種類
電池の安全性試験の位置づけと過充電試験
過充電試験の反応詳細
リチウムイオン電池の外部短絡試験とは?
リチウムイオン電池の内部短絡試験とは?
リチウムイオン電池の釘刺し試験とは?
リチウムイオン電池の振動試験とは?
リチウムイオン電池の熱衝撃試験とは?
リチウムイオン電池の過放電試験とは?
【演習問題】表面張力とは?原理と計算方法【リチウムイオン電池パックの接着】
接着剤が付く理由は?アンカー効果とは?【リチウムイオン電池パックの接着】
弾性接着剤とは?特徴は?シリコーンと変成シリコーンの違いは?【リチウムイオン電池パックの接着】
ホットメルト系接着剤とは?特徴は?【リチウムイオン電池パックの接着】
PPやPEは接着が難しい?理由と解決策は?【リチウムイオン電池パックの接着】
エポキシ接着剤とは?特徴は?【リチウムイオン電池パックの接着】
接着と粘着、接着剤と粘着剤の違いは?
接着剤における1液型と2液型(1液系と2液系)の違いは?
【角型電池】リチウムイオン電池における安全弁とは?
振動試験における対数掃引とは?直線掃引との違いは?
振動試験時の共振とは?【リチウムイオン電池の安全性】
【リチウムイオン電池の熱衝撃試験】熱膨張係数の違いによる応力の計算方法
【演習問題】金属の電気抵抗と温度の関係性 温度が上がると抵抗も上がる?
図積分とは?Excelで図積分を行ってみよう!
多孔度とは何?多孔度の計算方法は?電極の多孔度と電池性能の関係
正極にはなぜAl箔を使用?負極はなぜCu箔を使用?
真密度、見かけ密度(粒子密度)、タップ密度、嵩密度の違いは?
粉体における一次粒子・二次粒子とは?違いは?
負極のCu箔の作製方法 圧延銅箔
負極のCu箔の作製方法 電解銅箔
【リチウムイオン電池の水分測定】カールフィッシャー法の原理と測定方法
【演習問題】細孔径を求める方法【水銀圧入法】
mmHgとPa,atmを変換、計算する方法【リチウムイオン電池の解析】
蒸着とは?CVDとPVDの違いは?
【次世代電池】全固体電池とは?反応や特徴、メリット、デメリットは?
【リチウムイオン電池の材料】シリコン系負極の反応と特徴、メリット、デメリットは?【次世代電池の材料】
【全固体電池】ガラスとは何か?ガラス転移点(TG)oha全固体電池とは?反応や特徴、メリット、デメリットは?(コピー)
【次世代電池】イオン液体とは?反応や特徴、メリット、デメリット(課題)は?
プレドープ、プレドープ電池とは?リチウムイオン電池や電気二重層キャパシタとの違いは?
粘度とは?粘度と動粘度の違い
エネルギー変換効率とは?燃料電池の理論効率・理論起電力の計算方法【演習問題】
電位、電圧、電位差、電圧降下の違い【リチウムイオン電池関連の用語】
SBR(スチレンブタジエンゴム)とは?ゴムにおける加硫とは?【リチウムイオン電池の材料】
フィラーとは何か?剤と材の違いは?【リチウムイオン電池の材料】
有機酸とは?有機酸に対する耐性とは?【リチウムイオン電池の材料】
潜熱と顕熱とは?潜熱と顕熱の違いは?
ポリオレフィンとは何か?【リチウムイオン電池の材料】
エンプラ、スーパーエンプラとは何か?エンプラとスーパーエンプラの違いは?【リチウムイオン電池の材料】
化学におけるドープとは?プレドープとの違いは?
エクセルギ−とは?エクセルギ−の計算問題【演習問題】
エマルジョン・ラテックスとは?ラテックス系バインダーとは?【リチウムイオン電池の材料】
電池におけるプラトーの意味は?【リチウムイオン電池の用語】
単位のrpmとは?rpmの変換・計算方法【演習問題】
平均自由行程とは?式と導出方法は?【演習問題】
弾性衝突と非弾性衝突の違いは?【演習問題】
浮力とは何か?浮力の計算方法
シーリングとコーキングの違いは?
固体高分子形燃料電池(PEFC)における電解質膜の役割は?種類は?
固体高分子形燃料電池(PEFC)における電極触媒とは?役割や種類は?
固体高分子形燃料電池(PEFC)における酸素還元活性(ORR)とは?
固体高分子形燃料電池(PEFC)におけるECSA(白金有効利用面積)とは?
固体高分子形燃料電池(PEFC)におけるフラッディング・ドライアウトとは?
固体高分子形燃料電池(PEFC)におけるクロスオーバー(ガスクロスオーバー)とは?
固体高分子形燃料電池(PEFC)におけるアイオノマー(イオノマー)とは?役割は?
wt%(質量パーセント)とは?計算方法は?【Excel】

HOME プロフィール お問い合わせ