なぜリチウム電池設計では 陽性電極よりも負電極片が1枚増えているのでしょうか?
April 22, 2025
リチウム電池の製造過程で設計の重要な細かいことは,負電極シート (アノード) の数は,常に正電極シート (カソード) の数より1つ多いということですこの単純な数値差は 実際には 深い電気化学原理と 工学上の考察を体現しています
基本 的 な 理由:電気 化学 反応 の 完全 性
リチウム電池の本質は,リチウムイオンを正電極と負電極の間に運ぶことです
充電中に:リチウムイオンは正電極から抽出され,電解液を通過し,負電極に挿入されます.
放電中に:リチウムイオンは負電極から抽出され,正電極に戻る.
活性物質の100%の利用を達成するには,次のことが確保する必要があります.
1プラス電極の各面は負電極材料に対応します
2ポジティブな電極の縁領域は負の電極によって完全に覆われています.
電極シートの数は同じである場合,最外側の正電極シートの片側が電解液に直接暴露され,その結果:
活性物質が反応に参加できず
異常な局所電流密度
電解質分解など 副作用が起こる可能性があります
工学 に 関する 3 つの 大事 な 考え方
1. 流通の最適化
1つ以上の負電極シートを持つ設計により,各正電極シートは"サンドイッチ状態"になります.
陽電極板: 両側から負電極で囲まれています.
ネガティブ電極シート:片側だけがポジティブ電極 (最外側のネガティブ電極) を有する.
このレイアウトは,次のことを保証します.
交称の電流経路
電子伝導が均一だ
偏振現象を最小限に抑える
2安全保護メカニズム
余分な負電極シートの主要な役割は,
陽性電極の活性物質を完全に封じ込めます.
縁効果によるリチウムデンドライトの増殖を防ぐ
膨張のためのバッファ空間を提供する (シリコンベースの負電極は最大300%膨張できる).
実験データによると,N+1電極シート設計の電池の周期寿命は15~20%延長される.
3製造プロセスに適応する
ワンド電池では,負電極は自然に外層として"もう"つの構造を形成します.例えば:
18650 円筒式電池: 4 層の正電極 → 5 層の負電極
積み重なった電池: 精密なカウントで N+1のペアリングを達成します
積み重ねのプロセス: "本ページ"の方法で積み重ねることで,配列が正電極 負電極 陽電極 負電極...常に負電極で終わります.
特別事例分析
1固体電池の違い
いくつかの固体電解液電池は,以下の理由から,電極シート数の等しく使用することがあります.
固体状態の電解質は 高い機械的強度を持ち 幹細胞を抑制します
イオン伝導経路は液体電池とは異なります
しかし工業化製品では N+1 デザインがほとんど残っています
2試験用電池
研究に使用される対称性電池 (リ-リ電池など) はこの規則を破りますが:
実際には適用できないのです
基礎研究にのみ使われます
概要:
リチウム電池の"負電極板"の設計は以下のとおりである.
✓ 電気化学反応の必要性
✓ エンジニアリングの最適化
✓ 安全を保障する重要な手段