リチウムイオン電池の紹介
リチウムイオン電池は、正極にリチウム金属酸化物、負極に炭素を用いた電池で、小型軽量かつ、メモリー効果による悪影響がない高性能電池のひとつである。リチウムイオン電池はリチウム電池と違い、使い捨てではなく充電ができる電池であるため「リチウムイオン二次電池」とも呼ばれる。
利点：
・鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池のように、環境負荷の大きな材料を用いていないのも利点のひとつである。
・正極のリチウム金属化合物と、負極の炭素をセパレーターを介して積層し、電解質を充填した構造となっており、他の電池と比較して「高電圧を維持できる」という利点がある。
使用範囲：
リチウムイオン電池はエネルギー密度が高く、容易に高電圧を得られるため、携帯電話やスマートフォン、ノートパソコンの内蔵電池として多用されている。リチウムイオン電池の定格電圧は3.6V程度であり、小型ながら乾電池と比べて大容量かつ長寿命のため、携帯電話やスマートフォン、ノートPCといった持ち運びを行う電気機器の搭載バッテリーとして広く使用されている。
「寿命低下」の原因：リチウムイオン電池は長寿命かつ大出力という利点がある高性能な電池だが、使い方によって寿命が短くなる。
過放電による電池性能の劣化
電池は過放電に弱い。電池の残量がなくなると、それ以上の放電を避けるため「残量0％」といった表示をして電気機器を停止させる。放電した電池を継続利用すると、最低限必要な電圧を下回る「深放電状態」となり、セルの劣化が著しく進行し回復不能となる。
過剰に放電された電池は破損状態となり再度充電するのは難しい。利用不能となるので、放電のし過ぎに注意が必要である。
最低電圧が2.8V程度となった時点で、電池の放電を停止するよう保護装置が組み込まれており、通常の使い方であれば過放電状態にはならない。放電された状態で長期間放置しての自然放電や、組み合わせ電池の一部セルが過放電となる事例があるが、過放電状態となったセルは再充電が不能となり、システム全体の電池容量が低下したり、異常発熱や発火につながるおそれがある。
電池における温度範囲とは？【リチウムイオン電池の動作温度範囲】
リチウムイオン電池では、高温時や低温時などの通常使用するときの温度より、大きく外れた状況下では性能が劣化しやすい特性があります。
リチウムイオン電池では、高温下で電池の内部抵抗が低下し、 低温下で内部抵抗があがる傾向にあります。そのため、「高温での容量劣化や内部抵抗が進みず、かつ電池が爆発などの危険な状態」や「低温時に出力が下がりすぎないことや低温での急速充電時におこる電析という現象がおき、電池の容量や出力が大きく劣化」にならないようにするための電池の動作温度範囲の上限値と下限値が設定されています。
一般的には、リチウムイオン電池の動作温度範囲は約-20～60°程であるケースが多いです。
リチウムイオン電池の低温特性とは
・寒いほど容量が下がる
・寒いほど内部抵抗は上がり、出力・作動電圧は下がる
・低温時急速充電を行うとリチウム金属の電析が起こり急激な劣化が起こる場合がある
内部抵抗が上がると電池を放電できる限界電圧である放電終止電圧にあたりやすくなり、結果として低温時は容量が低下します。
※温度低下がリチウムイオン電池の性能を一時的に低下させる場合、温度が上がれば，正常なバッテリーであれば容量は回復します。
※リチウムイオン電池における高温下での容量の劣化は主に元に戻すことができません
(下に低温時に容量が劣化するメカニズムを表した図を示します。)
高温環境での利用・保管による劣化
リチウムイオン電池は周囲温度25℃を基準にしている。持ち運びを前提としている電気機器に搭載されたリチウムイオン電池は、熱せられた自動車内、入浴中の利用、直射日光にさらされる場所への放置など、過酷な温度環境に晒されることも珍しくなく、温度上昇による寿命の劣化が懸念される。
リチウムイオン電池の最高許容周囲温度は「45℃」と規定されている。日本国内の一般的な環境であれば45℃以上の周囲温度になることは考えられないが、直射日光の当たる自動車内への放置、入浴中の利用を想定すると、45℃を超過した危険温度になり得る。
電池の温度上昇は寿命の低下だけでなく、本体の電子回路や内部配線の絶縁劣化を引き起こす原因となり、異常発熱による発煙や発火、本体の変形などの不具合につながる。
高温条件では電池は著しい性能劣化を引き起こす。これらの影響により一般的に「500回」といわれる充電サイクル回数に至る前に、電池が寿命となる事例も多い。保管方法と利用環境には十分な注意が必要である。
電池が完全に放電すると致命的な損傷を与えるため、長期間に渡って購入されず充電されないことがあっても、完全放電を避けるため半分程度の充電は確保されている。
満充電状態での保存は、リチウムイオン電池の劣化を早める原因となる。「満充電となっている期間を短く」という使い方ができれば、同じ電池をより長期間に渡って使用できる。
電池を長期間使用していない場合だけでなく、リチウムイオン電池を使用している際も同様である。常に充電器にコンセントを接続した状態にするなど、浅い充電を繰り返しての満充電状態が継続すると、電池の寿命に悪影響を及ぼす。
