Thank you! Your submission has been received!
Oops! Something went wrong while submitting the form.
The Quality Gap
Behind the Battery Report
Design to Reality
Building for the Brain: Pioneering a Long-Term Neural Implant
Materials World
Comparing Wine Corks: Natural, Technical, and Synthetic
From The Floor
Finding Lead in Stanley's Quencher
Materials World
From Rust to Silicon: A Week of Storage Media
Design to Reality
Heinz’s Sustainable Ketchup Cap
Design to Reality
How Does a Car Cigarette Lighter Work?
The Quality Gap
How People Drive Quality
From The Floor
The Missing Middle in Battery Manufacturing
From The Floor
The Secret to Better Running Shoes? CT Scanning
The Quality Gap
What Went Wrong Inside These Recalled Power Banks?
The Quality Gap
What’s Inside Your Water Filter? A CT Scan Comparison
Materials World
バッテリーの中身は?
Materials World
September 2025

バッテリーの中身は?

In this Article:

  • バッテリーはアノード、カソード、電解質、セパレーターを使用しており、LFPやNMCなどの化学物質はさまざまな目的を果たします。
  • 各レシピには、スラリーコーティングから乾燥、圧縮まで、調整された製造プロセスが必要です。
  • 小さな内部欠陥は故障の原因となることがありますが、CTスキャンはエンジニアが製品の出荷前にそれらを検出するのに役立ちます。
9.23.2025

私たちのほとんどは、電池の中に何が入っているかを考えずに毎日電池を持ち歩いています。携帯電話、ノートパソコン、車はすべて電源に依存しています。外から見るとシンプルに見えますが、内部は厳選された素材で作られており、適切な量の電力を供給するためには連携する必要があります。

バッテリーの基本

バッテリーの主な部品は、アノード、カソード、セパレーター、および電解質です。

陰極材料は長年にわたって変化してきました。以前はコバルト酸リチウムまたはマンガン酸化リチウムでしたが、ほとんどが段階的に廃止されました。今日では、LFP (リン酸鉄リチウム) や NMC (ニッケル、マンガン、コバルト) などの頭字語が使われています。それぞれのミックスには異なる長所があります。エネルギー密度が高いものもあれば、長持ちするものや、もう少し安定していて安全なものもあります。

CT検査ポイントを備えた円筒形の18650の解剖図:缶、アノード、カソード、セパレーターのゼリーロール、コレクタータブ、タブ溶接、CID、PTC、ガスケット、絶縁リング、ベントパス。

アノードは通常、銅箔上にグラファイトを塗布したものです。電解質は、リチウムイオンをアノードとカソードの間を移動させるものです。液体溶媒の多くは可燃性の液体溶媒ですが、代わりにポリマーを使用するタイプもあります。これらによって安全性が向上し、場合によっては性能も向上します。セパレータは、アノードとカソードが接触しないようにする薄いポリマーです。固体電池は、まだ開発中ですが、固体電解質を使用することでさらに進んでいます。

バッテリーを作ることは、部品を積み重ねるだけではありません。グラファイトやリチウム化合物などの粉末をバインダーに混ぜて、薄いホイルにコーティングします。コーティングがどの程度均一に広がるかは、乾燥の仕方や後の圧縮の仕方に影響します。注意が必要なのは、材料ごとに挙動が異なることです。ある配合を別の配合物に単純に入れ替えて、そのプロセスが機能することを期待することはできません。それぞれに独自のパラメータセットが必要であり、一貫して機能するまでテスト、調整、試行を行う必要があります。

競合する優先事項

バッテリー設計のあらゆる選択肢にはトレードオフが伴います。コストは常に要因です。バッテリーが高すぎると、市場に投入されません。安全性も、譲れない要素です。障害はリコールにつながるか、さらに悪化する可能性があります。

それ以外は、アプリケーションによって異なります。電気自動車のように、可能な限り高いエネルギー密度を必要とするバッテリーもあります。グリッドストレージ用のバッテリーのように、長いサイクル寿命を必要とするものもあります。エンジニアは、エネルギー、寿命、安全性、手頃な価格などのパフォーマンス要素と、最終製品に必要な要素を比較検討します。

サプライチェーンとリサイクル

バッテリーは、リチウム、コバルト、ニッケル、グラファイトなどの重要な鉱物に依存しています。それぞれが世界のさまざまな地域から調達されています。そのため、サプライチェーンは重要です。関税、輸入源、政治的変化はすべて、入手可能性とコストに影響します。リサイクルは役に立ち、新しいプロセスの開発も進んでいますが、依然として複雑です。

すべてのバッテリーには、ある程度の危険が伴います。残念ながら、サプライチェーンと規制は、そのリスクを最小限に抑えるようには最適には構成されていません。

電池の化学的性質はそれぞれ異なる金属の組み合わせを使用するため、分離が困難です。リサイクル技術は粉末とホイルの物理的および化学的特性に依存するため、ある化学物質で機能するプロセスが別の化学物質で機能するとは限りません。

経済面もあります。リサイクルが意味をなすのは、その材料が回収できるほど価値のあるものである場合だけです。より安価な材料を使用することで、希少な資源への依存を減らすことができます。また、リサイクルの価値も下がります。

欠陥の発見

必要なのは 小さな欠陥 バッテリーの内部で問題が発生します。これまで、アノードがカソードをはるかに超えて伸びるアノードのオーバーハングが主な懸念事項でした。その他の欠陥としては、タブの溶接不良、しわ、電極の裂け目などがあります。今日の主な問題の1つは異物です。溶接や切断の際に小さな金属片が割れたり、組み立て中に落下したりして、不具合の原因となることがあります。

これらの問題を解決するには、密閉型バッテリーの内部を調べる方法が必要です。 CT スキャン 1つのオプションで、数ミクロンまでの非常に小さな粒子を検出できます。解像度は下がりますが、超音波も使えます。破壊試験も別の方法ですが、速度が遅く、すべてのバッテリーがラインから外れるまで実用的ではありません。

バランス

外から見ると、バッテリーはシンプルに見えます。内部では、材料、プロセス、トレードオフが複雑に組み合わされています。NMCではなくLFPを選択するか、粉体のコーティング方法を微調整するかにかかわらず、すべての決定は、性能、コスト、安全性、リサイクル性に波及効果をもたらします。完璧なレシピは存在しません。大切なのは常に目の前の仕事に適したバランスを見つけることです。

Citations
No items found.