電気化学8【電験3種 機械】リチウムイオン二次電池の構造（正極・負極・電解液）の穴埋め問題！平成30年度 A問題12 完全解説

今回は平成30年度 機械科目 A問題12を解説します。携帯用電子機器や電気自動車の電源として使われるリチウムイオン二次電池の正極・負極・電解液の材料と、放電時のリチウムイオンの移動方向、セル電圧に関する空所補充問題です。

正極にリチウムを含む金属酸化物、負極に黒鉛、電解液に有機電解液を用い、放電時はリチウムイオンが負極から正極へ移動する（充電時はその逆）という基本構造と、セル電圧3〜4Vという高い電圧値を押さえるのがポイントです。

平成30年度 機械科目 A問題12：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 機械科目 【電気化学】 平成30年度 A問題12

　次の文章は，リチウムイオン二次電池に関する記述である。

　リチウムイオン二次電池は携帯用電子機器や電動工具などの電源として使われているほか，電気自動車の電源としても使われている。

　リチウムイオン二次電池の正極には（ア）が用いられ，負極には（イ）が用いられている。また，電解液には（ウ）が用いられている。放電時には電解液中をリチウムイオンが（エ）へ移動する。リチウムイオン二次電池のセル当たりの電圧は（オ）V程度である。

　上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)，(エ)及び(オ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

	（ア）	（イ）	（ウ）	（エ）	（オ）
(1)	リチウムを含む金属酸化物	主に黒鉛	有機電解液	負極から正極	3〜4
(2)	リチウムを含む金属酸化物	主に黒鉛	無機電解液	負極から正極	1〜2
(3)	リチウムを含む金属酸化物	主に黒鉛	有機電解液	正極から負極	1〜2
(4)	主に黒鉛	リチウムを含む金属酸化物	有機電解液	負極から正極	3〜4
(5)	主に黒鉛	リチウムを含む金属酸化物	無機電解液	正極から負極	1〜2

出題のポイント：リチウムイオン電池の構造と放電経路

リチウムイオン二次電池は、正極にリチウム含有金属酸化物、負極に主に黒鉛、有機電解液を用います。放電時、Li⁺は電解液中を負極から正極へ移動し、電子は外部回路を流れます。

ポイント解説：放電・充電で変わるLi⁺の移動方向

リチウムイオン二次電池は、正極にリチウムを含む金属酸化物（LiCoO₂など）、負極に主に黒鉛（グラファイト）、電解液に有機電解液を用いた二次電池です。軽量でエネルギー密度が高く、携帯機器やEVの電源として広く使われています。

放電時にはリチウムイオン（Li⁺）が負極から正極へ移動し（充電時はその逆）、セル当たりの電圧は3〜4V程度と、鉛蓄電池やニッケル水素電池より高い電圧が得られます。

問題の解説：材料・移動方向・セル電圧を照合する

STEP1　（ア）（イ）正極・負極の材料を特定する

正極にはリチウムを含む金属酸化物（ア）、負極には主に黒鉛（イ）が用いられます。

STEP2　（ウ）電解液の種類を特定する

電解液にはリチウム塩を溶かした有機電解液（ウ）が用いられます（水溶液は使えません）。

STEP3　（エ）放電時のリチウムイオンの移動方向を特定する

放電時にはリチウムイオンが負極から正極（エ）へ移動します（充電時はその逆）。

STEP4　（オ）セル電圧を特定する

リチウムイオン二次電池のセル当たりの電圧は3〜4V（オ）程度です。

以上より（ア）リチウムを含む金属酸化物（イ）主に黒鉛（ウ）有機電解液（エ）負極から正極（オ）3〜4の組合せである(1)が正解です。

答え：(1)

まとめ

(ア)	リチウムを含む金属酸化物
(イ)	主に黒鉛
(ウ)	有機電解液
(エ)	負極から正極
(オ)	3〜4
答え	(1)

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