リチウムイオン電池の動作原理　 top map　map58　電池の歴史　電池の歴史概要　電池の歴史年表　電池の分類　電池の原理　電池に関する用語解説
　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　リチウム電池　 リチウムイオン電池　

リチウムイオン電池の動作原理

　放電時にはリチュウム分子が陰極に電子を渡してイオン化し、電解質を通って陽極に到達し、そこでリチュウム化合物となって貯蔵されます。充電時には陽極のリチウム化合物が分離されリチュウムイオンが電解質を通って陰極に到達し、電子を貰ってリチュウム分子となり、陰極に貯蔵されます。

放電時
（拡大図を参照してください）

充電時

（拡大図を参照してください）

リチウムイオン電池の動作原理

放電時の反応　１
　電解液の中に陽極と陰極が擱かれます。
　陽極は酸素とコバルトが層状になっていてその間にリチュウムが層状になって収蔵されています。
　陰極の黒鉛は炭素原子が6角形に結合したものが層状に重なっていて、層間に入り込んだリチウム原子は炭素原子が6角形の結合の中心などにリチウム原子が吸蔵されています。

（拡大図を参照してください）

放電時の反応　２
　 陰極の黒鉛中でリチウム原子がイオン化（電離）されリチウムイオン（Li+）が発生し、電極に電子が蓄積されます。

（拡大図を参照してください）

放電時の反応　３
　電子が陽極に移動し電流が流れてランプが点灯します。
　 リチウムイオン（Li+）が電解液の中へ移動します。
　新たに次のリチウム原子がイオン化されリチウムイオン（Li+）が発生し、陰極に電子が蓄積されます。

（拡大図を参照してください）

放電時の反応　４
　最初のリチウムイオン（Li+）が陽極に到達し電子をもらって電気的に中性のリチウム原子に戻り、陽極材料に吸蔵されます。
　2番目の電子が陽極に移動し、2番目のリチウムイオン（Li+）が電解液の中へ移動します。
　新たに3番目のリチウム原子がイオン化されリチウムイオン（Li+）が発生し、電極に電子が蓄積されます。

（拡大図を参照してください）

放電時の反応　５
　2番目のリチウムイオン（Li+）が陽極に到達し電子をもらって電気的に中性のリチウム原子に戻り、陽極材料に吸蔵されます。
　３番目の電子が陽極に移動し、2番目のリチウムイオン（Li+）が電解液の中へ移動します。
　新たに3番目のリチウム原子がイオン化されリチウムイオン（Li+）が発生し、電極に電子が蓄積されます。
　リチウム原子が亡くなると反応が停止して電流は流れなくなります。

（拡大図を参照してください）

充電時の反応１　
陽極にリチウム原子が多く収蔵された状態で、電池の発生電圧よりも高い電圧を外部から加えると、陽極は電子が欠乏した状態になります。
陰極には外部電源から電子が送り込まれ蓄積されます。

リチウム原子は電子を奪われ、リチウムイオンになります。
　

（拡大図を参照してください）

充電時の反応　２
　陽極は電子が欠乏した状態になり収蔵されているリチウム原子は電子を奪われ、リチウムイオンになります。

（拡大図を参照してください）

充電時の反応　３
　陽極に電子を奪われたリチウムイオンは電解液を通って陰極に引き寄せられます。
　陽極は電子が欠乏した状態が継続しますので、収蔵されているリチウム原子は電子を奪われ、新たなリチウムイオンが発生します。

（拡大図を参照してください）

充電時の反応　４
　陰極に引き付けられたリチウムイオンは陰極表面で電子を与えられ元の電気的に中性のリチウム原子に戻り、陰極に収蔵されます。
　陽極に電子を奪われたリチウムイオンは電解液を通って陰極に引き寄せられます。
　陽極は電子が欠乏した状態が継続しますので、収蔵されているリチウム原子は電子を奪われ、更に新たなリチウムイオンが発生します。

（拡大図を参照してください）

充電時の反応　５
　陰極に引き付けられたリチウムイオンは陰極表面で電子を与えられ元の電気的に中性のリチウム原子に戻り、陰極に収蔵されます。
　陽極に電子を奪われたリチウムイオンは電解液を通って陰極に引き寄せられます。
　陽極は電子が欠乏した状態が継続しますので、収蔵されているリチウム原子は電子を奪われ、更に更に新たなリチウムイオンが発生します。
　陽極のリチウムイオンがなくなるか、陰極にリチウムイオンを収蔵できなくなるとこの反応は停止します。

（拡大図を参照してください）

反応式
コバルト系
正極　LiCoO2==Li(1-x)CoO2 + xLi+ + xe-
負極　6C + xLi+ + xe- == LixC6