6 つの主要な種類のリチウム

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リチウムイオン電池は、電気自動車 (EV) やエネルギー貯蔵システムに電力を供給する主要な技術として、クリーン エネルギーへの移行の中心にあります。

ただし、リチウムイオン電池にはさまざまな種類があり、それぞれに長所と短所があります。

上のインフォグラフィックは、Miao らの研究に基づいた 6 つの主要なリチウムイオン正極技術間のトレードオフを示しています。 そしてバッテリー大学。 これは、私たちの 2 つのインフォグラフィックのうちの 1 つ目ですバッテリーテクノロジーシリーズ。

6 種類のリチウムイオン電池はそれぞれ異なる化学組成を持っています。

ほとんどのリチウムイオン電池の負極はグラファイトでできています。 通常、カソードの鉱物組成が変化し、バッテリーの化学的性質に違いが生じます。

カソード材料には通常、ニッケル、マンガン、コバルト、鉄などの他の鉱物とともにリチウムが含まれています。 この構成により、最終的にバッテリーの容量、電力、性能、コスト、安​​全性、寿命が決まります。

それを念頭に置いて、6 つの主要なリチウムイオン正極技術を見てみましょう。

NMC 正極には通常、ニッケルが多く含まれており、これによりバッテリーのエネルギー密度が向上し、EV の航続距離が長くなります。 ただし、ニッケル含有量が高いとバッテリーが不安定になる可能性があるため、熱安定性と安全性を向上させるためにマンガンとコバルトが使用されます。 いくつかの NMC の組み合わせが商業的な成功を収めています。NMC811(ニッケル 80%、マンガン 10%、コバルト 10% で構成)、NMC532、 そしてNMC622。

NCA バッテリーは、高いエネルギー密度や比出力など、ニッケルベースの利点を NMC と共有しています。 NCA は安定性を高めるためにマンガンの代わりにアルミニウムを使用しています。 ただし、NCA 正極は他のリチウムイオン技術に比べて安全性が低く、高価であり、通常は高性能 EV モデルでのみ使用されます。

LFP バッテリーは、ニッケルとコバルトの代わりに鉄とリン酸塩を使用しているため、ニッケルベースのバッテリーよりも製造コストが安くなります。 ただし、提供する比エネルギーは低く、標準または短距離の EV により適しています。 さらに、LFP は最も安全な化学物質の 1 つと考えられており、寿命が長いため、エネルギー貯蔵システムでの使用が可能になります。

LCO バッテリーはエネルギー密度が高いですが、寿命が比較的短い、熱安定性が低い、比出力が限られているなどの欠点があります。 したがって、これらのバッテリーは、比較的少量の電力を長時間供給できる、スマートフォンやラップトップなどの低負荷アプリケーションによく選ばれています。

マンガンスピネル電池としても知られる LMO 電池は、安全性が強化され、高速充電および放電機能が備わっています。 EVでは、LMOカソード材料がNMCとブレンドされることが多く、LMO部分が加速時に高電流を供給し、NMCにより走行距離の延長が可能になります。

カソード組成が違いを生む上記の他の化学反応とは異なり、LTO バッテリーはリチウム酸化物とチタン酸化物で作られた独自のアノード表面を使用します。 これらのバッテリーは、極端な温度下でも優れた安全性と性能を発揮しますが、容量が低く、比較的高価であるため、大規模な使用は制限されています。

主要な 6 種類のリチウムイオン電池について理解できましたが、そのうちのどれが EV 市場を支配しており、将来的にはどのように変化するのでしょうか?

詳細については、今しばらくお待ちくださいパート2のバッテリーテクノロジーシリーズ, ここでは、2021 年から 2026 年の予測市場シェア別に上位の EV バッテリーの化学的性質を見ていきます。

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電気自動車を加えることにより、どのくらいの石油が節約されるのでしょうか? さまざまなタイプの EV について、2015 年から 2025P までのデータを調べます。

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世界が運輸部門の電化に向けて進むにつれ、石油の需要は電力の需要に取って代わられるでしょう。

ブルームバーグNEFによると、EVが石油消費量に与える影響を強調するために、上のインフォグラフィックは、2015年から2025年までにさまざまなタイプの電気自動車によって毎日どのくらいの石油が節約され、今後節約されるかを示している。

米国の標準的な内燃機関乗用車は、年間約 10 バレルの石油換算量 (BOE) を使用します。 オートバイは年間 1 台、クラス 8 トラックは約 244 台、バスは 276 台以上の BOE を使用します。

これらの車両が電動化されると、内燃機関の車両が使用していたオイルは不要になり、石油需要が電力に置き換えられます。

2015 年以来、原付、スクーター、オートバイなどの二輪車および三輪車が、世界規模で EV によって節約される石油の大部分を占めています。 特にアジアで広く採用されたため、これらの車両は 2015 年に日量約 675,000 バレルの石油需要を代替しました。2021 年までに、この数字は急速に増加しました。100万バレル1日あたり。

EVセグメントごとの石油需要の毎日の変位を見てみましょう。

現在、商用車分野での取り組みは行われていますが、電気を使用して走行している大型トラックはほとんどありません。ただし、これは 2025 年までに変わると予想されています。

一方、電気乗用車は 2015 年以来最大の普及率を示しています。

2022 年、電気自動車市場は急激な成長を遂げ、販売台数は 1,000 万台を超えました。 市場は 2023 年を通じて、そしてそれ以降も力強い成長を続けると予想されており、最終的には予想される水準を節約できるようになるでしょう。886,700バレルの石油2025 年の 1 日あたり。

世界が化石燃料から電力に移行している一方で、ブルームバーグNEFは石油需要の減少が必ずしも石油価格の下落と一致するとは限らないと予測している。

新たな供給能力への投資が需要よりも急速に減少した場合、原油価格は依然として不安定で高止まりする可能性がある。

ただし、電動化への移行は別の影響を与える可能性があります。

私たちのほとんどは電気自動車を排出量の少ないものと連想しますが、電気自動車の持続可能性は充電に使用される電力と同程度であると考えるのが良いでしょう。 したがって、電化への移行は、風力、太陽光、原子力などのクリーン エネルギー源で増大する電力需要に応える素晴らしい機会をもたらします。

道路輸送における化石燃料からの移行には、インフラの拡張も必要です。 EV 充電ステーション、送電容量の拡大、バッテリー貯蔵はすべて、ガスから電気への大規模な移行をサポートする鍵となるでしょう。

グラファイトは、化学的性質に関係なく、重量でバッテリーに必要な材料のほぼ 50% を占めます。

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電気自動車（EV）や再生可能エネルギー貯蔵システムの人気の高まりにより、リチウムイオン（Li-ion）電池の需要は近年急増しています。

しかし、多くの人が気づいていないのは、これらのバッテリーの主要な構成要素はリチウムだけではなくグラファイトでもあるということです。

グラファイトは、化学的性質に関係なく、重量でバッテリーに必要な材料のほぼ 50% を占めます。 特にリチウムイオン電池では、グラファイトがアノードを構成し、アノードは充電および放電プロセス中に電子の蓄積と放出を担う負極です。

バッテリーのサプライチェーンにおいてグラファイトがいかに重要であるかを探るために、Northern Graphite がスポンサーとなっているこのインフォグラフィックでは、リチウムイオンバッテリーのアノードがどのように作られるかについて詳しく説明しています。

グラファイトは天然に存在する炭素の形態であり、合成ダイヤモンド、EV リチウムイオン電池、鉛筆、潤滑剤、半導体基板など、幅広い産業用途に使用されています。

安定しており、パフォーマンスが高く、再利用可能です。 さまざまなグレードや形状がありますが、バッテリーグレードのグラファイトは、天然または合成の 2 つのクラスのいずれかに分類されます。

天然黒鉛は、自然に存在する鉱床を採掘することによって生産されます。 この方法では、黒鉛 1 キログラムあたりの CO2 排出量はわずか 1 ～ 2 キログラムです。

一方、人造黒鉛は石油コークスとコールタールの処理によって製造され、硫黄酸化物や窒素酸化物などの他の有害な排出物とともに、黒鉛1kgあたり約5kgのCO2を生成します。

バッテリーの負極の製造プロセスは、4 つの包括的なステップで構成されます。 これらは：

これらの各段階により、さまざまな最終用途を持つさまざまな形状のグラファイトが得られます。

たとえば、成形プロセスで得られる微粉化グラファイトは、プラスチック添加剤に使用できます。 一方、EV用リチウムイオン電池に使用できるのは、上記の4つの段階をすべて経たコーティングされた球状精製黒鉛のみです。

世界中でエネルギー転換における黒鉛の利用が増えているにもかかわらず、現在、世界の黒鉛の約 70% は中国産です。

しかし、バッテリーに使用される代替品が乏しいため、北米での供給の安全性を達成することが重要であり、黒鉛処理に対してより環境に優しいアプローチを採用しています。

環境負荷が低く、生産コストが低い天然グラファイトは、より環境に優しい未来のためのアノード材料として機能します。

ノーザン・グラファイトが北米最大の電池負極材料（BAM）工場をどのように建設する計画であるかについて詳しくは、ここをクリックしてください。

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