リチウム金属対リチウムイオン: 未来の電池は?

リチウムイオン電池（Li-ion）とリチウム金属電池（Li-metal）は、どちらもリチウム化学を使用しているため、「リチウム電池」という広いカテゴリーに分類されます。しかし、設計、性能、用途において大きく異なります。

1. 主要な化学反応

• Li-ion:
  リチウム イオン は、グラファイト負極と金属酸化物正極（例：LiCoO₂）の間を移動します。充電中は、イオンがグラファイト負極にインターカレーション（埋め込み）し、放電中は正極に戻ります。

• Li-metal:
  グラファイトの代わりに 固体リチウム金属を負極として使用します。充電中はリチウムイオンが金属リチウムとして負極に析出し、放電中は溶解します。

  2. エネルギー密度

  • Li-ion:
    高いエネルギー密度（250～300 Wh/kg）を提供し、スマートフォンやEVに適しています。

  • Li-metal:
    より高い理論エネルギー密度 （最大500 Wh/kg以上）を持ちます。これは、リチウム金属がグラファイトよりも体積あたり10倍のリチウムを蓄えるためです。

  3. 安全性と安定性

  • Li-ion:
    比較的安定していますが、損傷すると熱暴走のリスクがあります。液体電解質は可燃性です。

  • Li-metal:
    より反応性が高いです。リチウム金属はデンドライト（針状構造）を形成し、セパレーターを貫通して短絡を引き起こす可能性があります。安全性のために高度なソリューション（例：固体電解質）が必要です。

  4. サイクル寿命

  • Li-ion:
    成熟した技術であり、著しい劣化が起こる前に500～2000回以上のサイクルが可能です。

  • Li-metal:
    歴史的に、デンドライトの成長と電解質の分解によりサイクル寿命が短いです。 固体Li-metal 設計は、これを改善することを目指しています。

  5. 商業的状況

  • Li-ion:
    家電製品、EV、およびグリッドストレージで主流です。

  • Li-metal:
    ほとんどが実験段階です。一部のニッチな用途（例：医療機器、軍事）で使用されています。固体Li-metal電池は、EV向けに開発中です。

    6. Li-metalの主な利点

    その超高エネルギー密度は、より長い航続距離のEVとより軽量な電子機器を可能にする可能性があります—安全性と寿命の課題が解決されれば。

    概要

    特徴	リチウムイオン	リチウム金属
    負極	グラファイト	金属リチウム
    エネルギー密度	高（250～300 Wh/kg）	非常に高い（500+ Wh/kg）
    安全性	中程度（可燃性液体）	より高いリスク（デンドライト）
    サイクル寿命	500～2000+サイクル	改善中（まだ研究開発に注力）
    成熟度	大量生産	限定的な商業化

    両方の技術はリチウムの電気化学的ポテンシャルを活用していますが、Li-metalの将来性は材料科学の課題を克服することにかかっています。Li-ionは今日の実用的な選択肢であり、Li-metalは次世代エネルギー貯蔵の最前線を表しています。