リチウムイオンバッテリー。 スマホのモバイルバッテリーの捨て方は?リチウムイオン電池に注意!

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リチウムイオンバッテリー

6—3. 7—3. 6—3. 2—3. やでの議論にご協力ください。 はなどを用いてください。 ( 2015年11月)• が含まれているおそれがあります。 ( 2010年10月) リチウムイオン二次電池(リチウムイオンにじでんち、: lithium-ion battery)は、との間をが移動することでやを行うである。 正極、負極、それぞれの材料は用途やメーカーによって様々であるが、代表的な構成は、正極に、負極に材料、電解質になどの非水電解質を用いる。 単に リチウムイオン電池、 リチウムイオンバッテリー、 Li-ion電池、 LIB、 LiBとも言う。 リチウムイオン二次電池という命名はによる。 なお、似た名前の電池には以下のようなものがある。 は、負極にを使う。 リチウムイオンがを担う点はリチウムイオン電池と同じだが、負極に金属リチウムを使うものは普通はリチウムイオン電池とは区別する。 その理由として、負極側での反応が、リチウム金属そのものの溶解・析出反応であり、黒鉛を使う場合のように黒鉛の層状構造の間にリチウムイオンが出入りするによるリチウムイオン電池とは異なるからである。 二次電池への応用も幾度も試みられきたが、充電時に金属の針状結晶が析出することにより電池の構造が破壊され劣化する問題と金属リチウムの反応性による危険物としての問題が克服しきれず、広く用いられてはいない。 (LiPo電池)は、リチウムイオン電池の一種で、電解質に状の()を使う二次電池。 (LiFe電池)は、リチウムイオン電池の一種で、正極材料にを使う二次電池。 ファルタマイクロバッテリー社製リチウムイオンバッテリー。 アルトルスハイム()オートビジョン自動車博物館 1980年代、やなどの携帯機器の開発により、高容量で小型軽量な(充電可能な電池)のニーズが高まったが、従来のなどには容量重量比に限界があり新型二次電池が切望されていた [ ]。 1976年、のは、正極に二硫化チタン、負極に金属リチウムを使う二次電池を開発・提案した。 この電池は、特に負極側で安全性に問題(充電時のデンドライト問題、金属リチウムの反応性の問題)があり実用化はされなかったが、二硫化チタンは層状の化合物で、リチウムイオンを分子レベルで収納できるスペースを持ち、リチウムイオンが繰り返し出入りしても形が壊れにくい特徴を持つ物質だった。 この"層状化合物にイオンが出入りする"という現象は「」と呼ばれており、その優れた特性から、その後にインターカレーション型の電極が盛んに研究されるようになった。 1974 - 1976年、のは内のリチウムイオンの可逆的なインターカレーション と陰極のへのインターカレーションを発見した。 1976年、ベーゼンハルトはリチウム電池での応用を提案した。 (ただし、黒鉛が層間になどを取り込み ()をつくることは1926年から知られていた。 ) 1978 - 1979年、のは、黒鉛内でのリチウムイオンの的インターカレーションを実証した。 しかし、負極に黒鉛を用いると、当時の一般的な電解液である(金属リチウム電池に使われている)を始めとするほとんどのは負極側で分解してしまう ため、有機電解液を用いて炭素系材料にリチウムイオンを安定して電気化学的にインターカレーションさせることは困難と考えられていた。 つまり負極に黒鉛を使う二次電池は実用化が困難とされていた。 1980年、のとらはリチウムと酸化コバルトの化合物である LiCoO 2 などのリチウムを正極材料として提案した。 これがリチウムイオン二次電池の正極の起源である。 1981年、から炭素質を負極材料とする二次電池の特許が出願された。 1982年、 ()らは固体電解質を用いて内にリチウムイオンを的にインターカレーションさせることを実証した。 一方、当時京都大学のらの量子化学的設計に基づいて提唱されたポリアセン系高分子型炭素材料 が、一次元グラファイトの名のもとに注目を集め、その作成がいろいろな所で試みられた。 これに応えて1981年、のが、安定な難黒鉛化炭素の一種であるポリアセン系(PAS)を作成し 、これを用いて2種類のバッテリーが開発され、いずれも実用化された。 一つは双方ともにPASを用いたキャパシタ的電池(PAS電池)、もう一つは負極にLiイオンをあらかじめドーピングしたPASを用いたもの()である。 後者は、正極はキャパシタと同様に、負極はリチウムイオン電池と同様に作動する。 このように、PASによって炭素材でもスムーズで安定なLiドープ、脱ドープが可能であることが初めて見出され、これを機に電気化学的に安定なドープ、脱ドープが可能な難黒鉛化から易黒鉛化を含む電極用炭素材料の開発が方々でなされることとなった。 1983年、 ()とジョン・グッドイナフらは、を有する( LiMn 2O 4)を正極材料として紹介した。 コバルト酸リチウムと比較して安価で安全という特徴がある。 (1996年に正極材料として実用化され、コバルト酸リチウムと同様に一般的に使われている。 ) 1986年、カナダの ()により、正極に、負極に金属リチウムを使用した金属リチウム二次電池が製品化されたが、金属リチウムの化学活性がきわめて高いため、可逆性(充電の過程で負極にリチウムのが析出・成長しそれが正極に接してする危険性)や反応性(ほんの少しでも水分にふれると激しく発熱しガスを発生させて発火する危険性)に問題があった。 1989年にはNTTのショルダー型携帯電話などで発火事故が相次ぎ 、実用化されたとは言いがたく、金属リチウムを負極に使ったは市販化されているが、二次電池への応用は危険とされ広く用いられることはなかった。 1990年、らは、負極に黒鉛を用いた場合に、電解液としてを用いると初期の充電で分解されるものの黒鉛表面に保護被膜を形成することにより有機電解液の分解反応を停止できることを発見した。 (1994年ににより電解液として採用され、現在に至るまでほぼ必須のとして使われている。 ) リチウムイオン二次電池の創出と実現 [ ] のらは、(2000年ノーベル化学賞)が1977年に発見した電気を通すであるに注目し、1981年にを用いた二次電池の負極に適していることを見いだした。 また、正極にはジョン・グッドイナフらが1980年に発見した LiCoO 2 などのリチウム遷移金属酸化物を用いて、1983年にリチウムイオン二次電池の原型を創出した。 しかし、ポリアセチレンは真比重が低く電池容量が高くならないことと、電極材料として不安定である問題があった。 そこで、1985年、吉野彰らは材料を負極とし、リチウムを含有するコバルト酸リチウムを正極とする新しい二次電池である リチウムイオン二次電池 LIB の基本概念を確立した。 吉野彰が次の点に着目したことによりLIBが誕生した。 にコバルト酸リチウムを用いると、• 正極自体がリチウムを含有するため、負極に金属リチウムを用いる必要がないので安全であること• に炭素材料を用いると、• 炭素材料がリチウムを吸蔵するため、金属リチウムは本質的に電池中に存在しないので安全であること• リチウムの吸蔵量が多く高容量が得られること また、特定のを持つ炭素材料を見いだし 、実用的な炭素負極を実現した。 加えて、を正極集電体に用いる技術 、安全性を確保するための機能性セパレータ などの本質的な電池の構成要素に関する技術を確立し、さらに安全素子技術 、保護回路・充放電技術、電極構造・電池構造等の技術を開発し、安全でかつ、が金属リチウム二次電池に近い電池の実用化を成功させ、現在のLIBの構成をほぼ完成させた。 1986年、LIBのが試験生産され、米国運輸省 Department of Transportation の「金属とは異なる」との認定を受け、プレマーケティングが開始された。 商品化とその後の動向 [ ] 1991年、は世界で初めてリチウムイオン電池を商品化した。 次いで1993年にエイ・ティーバッテリー(ととの合弁会社)により商品化され、1994年ににより黒鉛炭素質を負極材料とするリチウムイオン電池が商品化された。 1997年、とジョン・グッドイナフらはを有する( LiFePO 4)を正極材料として提案した。 コバルト酸リチウムと比較して安全で長寿命という特徴がある。 2009年、ソニーはを商品化した。 現在では各社から販売されている。 1999年、ソニー・エナジー・テックとは電解質に状のを使う を商品化した。 電解質が液体から準固体のポリマーに変更できたことで薄型化・軽量化が可能になり、さらに、外力や、過充電などに対する耐性も向上した。 外装も、従来のやの缶ではなく、に使用されるなど簡易なもので済むようになった。 主にモバイル電子機器用として2000年代に急速に普及し、現在ではやに使われる電池はほぼすべてリチウムイオンポリマー電池である。 2010年代にはやなどの新興産業にも利用が広がっている。 2008年、東芝は負極に Li 4Ti 5O 12 を用いるリチウムイオン電池を商品化した。 炭素材料と比較して、安全、長寿命、急速充電、低温動作といった特徴があるが、黒鉛よりも電位が約1. 5V高いため単セルの電圧が低くなることやエネルギー密度がやや低いといった側面がある。 現在は、自動車用(搭載例:)、産業用、電力貯蔵用など幅広い分野で利用されている。 リチウムイオン電池は自動車用としても普及が進んでおり、2009年頃から本格的にに利用され始めた。 以降続々と採用車が増え、やなどの人気車種にも採用されるようになった。 自動車用リチウムイオン電池は、自動車メーカーと電池メーカーの合弁会社(、、、)の他、やなどの電機メーカー、などが供給している。 また、、など自動車メーカーでも研究開発が進んでおり、開発段階ではあるが電解質に固体材料を使うが次世代二次電池として注目されている。 ハイブリッドカーやの普及に伴い自動車用リチウムイオン電池の市場規模は2015年現在も拡大傾向にある。 リチウムイオン電池はかつては日本メーカーのシェアが高く、9割以上を占めた時代もあった。 三洋電機、、ソニー、、、などが主なメーカーとして知られている。 一方、(、)、 、 、などで生産量が増えてきている。 社会への貢献・影響 [ ] 現在、リチウムイオン二次電池 LIB は、、・、携帯用音楽プレイヤーを始め幅広い電子・電気機器に搭載され、2010年にはLIB市場は1兆円規模に成長した。 小型で軽量なLIBを搭載することで携帯用IT機器の利便性は大いに増大し、迅速で正確な情報伝達とそれにともなう安全性の向上・生産性の向上・生活の質的改善などに多大な貢献をしている。 また、LIBは、と呼ばれる , , P-HEV や などの交通機関の動力源として実用化が進んでおり、電力の平準化やのための蓄電装置としても精力的に研究がなされている。 他には、 、 、小惑星探査機・ 、(HTV) 、(ISS) などの分野、11番艦のなどの軍艦にも搭載されている。 顕彰 [ ] 1997年、は、難黒鉛化炭素材料を負極に用いたリチウムイオン二次電池の開発に関する基礎的研究を世界に先駆けて行った業績に対して、日本化学賞を受賞している。 リチウムイオン二次電池を発明した業績が評価され、2014年には、ジョン・グッドイナフ、、 ()、吉野彰の4名が「工学分野のノーベル賞」と呼ばれるを受賞 し、2019年には、ジョン・グッドイナフ、スタンリー・ウィッティンガム、吉野彰の3名がを受賞した。 種類 [ ] 一口にリチウムイオン電池と言っても様々な種類があり、、、の材料の組み合わせによって性能が変化する。 一般的に普及しているものを大雑把に分類すると次のようになる。 なお、添加剤の工夫や電極のコーティングなどによっても性能や安全性は向上するため実際はより複雑である。 6-3. が高価で価格変動が大きいことが課題とされている。 リスクがあるため自動車用にはほとんど採用されていない。 () LiMn 2O 4 黒鉛 3. 7-3. が比較的強固なため熱安定性が高い。 サイクル寿命と高温でのマンガンの溶出が課題だったが、近年は改良されている。 () LiFePO 4 黒鉛 3. 2-3. 材料は安いが、製造コストがやや高い。 結晶構造が強固なため熱安定性が高い。 電気伝導性が低いことが課題とされていたが、活物質の微細化と表面の炭素コートの採用により改良されている。 三元系(NMC系) LiNi xMn yCo zO 2 黒鉛 3. 6-3. ニッケル系(NCA系) LiNi xCo yAl zO 2 黒鉛 3. NCA系では、ベースに構造安定化のためにを、耐熱性の改善のためにを添加し、また負極にも層をコーティングすることにより耐熱性を高め安全化している。 Li 4Ti 5O 12 2. しかし一般には、負極、正極、電解質それぞれの材料は、リチウムイオンを移動し、かつ電荷の授受により充放電可能であればよいので、非常に多くの構成をとりうる。 また、通常、電解液に高い導電率と安全性を与えるため、・などの環状系高誘電率・高沸点溶媒に、低粘性率溶媒である、、等の低級鎖状炭酸エステルを用い、一部に低級を用いる場合もある。 リチウムイオン電池内の電気化学反応は正極、負極、電解質によって構成される。 正極と負極はどちらも材料内にリチウムイオンがもぐり込むことが出来る。 リチウムが正極や負極内部に移動する事を インサーションあるいは インターカレーションと呼び、逆にリチウムが出て行く事を エクストラクションまたは デインターカレーションと呼ぶ。 電池内では充電時にリチウムは正極から出て負極に入る。 放電時には逆にリチウムは負極から出て正極に入る。 作動時に外部の回路へ電子が流れる。 化学式での単位はモルで記述できるように係数 xを使用する。 過放電によりリチウムコバルト酸化物が過飽和して酸化リチウムの生成に至る。 以下の反応が認められる。 2 V以上に過充電することによってコバルト IV 酸化物が生成することがX線解析で確認される。 なお、当電池を含む二次電池一般では充電中に正極でアノード反応(酸化反応)が進むが、放電中(作動中)を基準と考え、正極をカソード Cathode 、負極をアノード Anode と固定して呼ぶことが多い。 正極材料 [ ] リチウムイオン二次電池のコストは正極材料に使われる希少元素のがその7割を占めているが、近年、大幅な低コストを目指して正極材料に、、などを使うものが開発されつつある。 (ニッケルは希少元素だがコバルトより安い、マンガンは商業的にレアメタルとされているが厳密には希少元素ではない。 グラファイトとハードカーボンの放電特性は、グラファイトが放電初期から放電末期までほぼなだらかな平坦に近いでの放電をし、放電末期に急激に電圧を降下させるのに対し、ハードカーボンの場合は放電終了電圧まで均一に電圧が降下していくという異なる特徴を持つ。 このためハードカーボンでは電圧を測定することにより電池の容量を直接・正確に知ることができるが、電池電圧が安定しない欠点がある。 これに対し、グラファイトでは電圧変化が少ないため電池電圧から電池の容量を知ることはできないが、放電末期まで安定して高い電圧を保つ利点がある。 ハードカーボンを使うものは1000回を越すサイクル特性を持つなど優れた点があるものの、そのままでは均一な電圧が得られないため、低電圧領域ではDC-DCコンバーターなどで昇圧する必要がある。 そのため周辺回路が高価となってしまい、現在ではハードカーボン系の電池は一部の機器だけに用いられているのみとなっている。 また、グラファイト、ハードカーボンに代わる次世代の材料として、スズ、ケイ素材料が実用化され始めている。 これらはリチウムとの合金化反応により、グラファイトの数倍から数十倍の容量を示すことが知られていたが、体積変化が激しく寿命を延ばすことが困難であった。 現在は炭素材料などとの複合化により容量と寿命を両立している。 は、負極材料に炭素系材料ではなく酸化物系材料として LTO を採用したリチウムイオン二次電池「SCiB」を開発しており、これは安全性が高く、低温特性に優れ、約6,000回以上の充放電サイクルが可能であるとされる。 1—0. 037 2—0. 1 6—0. 10 6—4. 7—1. 13 7—1. リチウムイオン電池内の液状の電解質は LiPF 6, LiBF 4あるいは LiClO 4のようなリチウム塩とエチレンカーボネートのような溶媒によって構成される。 液体の電解質は正極と負極の間に満たされ充放電によってリチウムイオンが移動する。 しかし有機溶媒は正極で分解、変質しやすい。 適切な有機溶媒を電解質に用いているにもかかわらず本質的に溶媒は分解し、相間固体電解質 SEI と呼ばれる固体の層に変化する。 これはリチウムイオンの導電性を妨げる。 相間は充電後の電解質の分解を防止する。 7 V高電圧で分解し高密度で相間は安定である。 製造工程概要 [ ] 正極電極は、アルミニウム箔の両面にコバルト酸リチウムなどの活物質溶液を塗布・乾燥した後、プレスして密度を上げ製作する。 負極電極は箔に炭素材料などの溶液を塗布・乾燥した後、プレスして密度を上げ製作する。 電極材料は、長い帯状で製造される電極箔に対して横向きの縞状に間欠塗布され、製品となる電池の大きさや形に合わせて裁断される。 このうち、電極材料が塗布されていない部分は、電力を入出力するための接続端子(タブ)が溶接される部分になる。 正極にはアルミタブ、負極にはニッケルタブが用いられる。 負極と正極の間にはイオンが移動できる多孔質の絶縁フィルムをはさみ、の様に正極と負極と絶縁フィルムが幾層にも重なるように巻く。 電池の形状が円筒形の場合、電極は円筒形に巻かれてされた鉄製の缶に入れられる。 負極を缶底に溶接して電解液を注入後、正極を蓋(トップキャップ)に溶接し、プレス機で食品缶詰缶の様に封口する。 角型電池の場合、電極は缶に合わせて扁平形に巻かれ、アルミ外装缶に正極が溶接される。 また、角型の場合レーザー溶接で封口する。 電池組み立て完成後、活性化工程で充電することにより電池を活性化させ、充電・放電・室温放置エージング・高温放置エージング等を何度か繰り返し、電池選別のスクリーニングを行い出荷に至る。 1 mm単位で3桁)の計5桁の数字で表される。 なお、14500はいわゆる単三型乾電池に10440では単四型乾電池に相当するサイズになる。 特徴 [ ] 長所 [ ]• エネルギー密度が高い• 現在実用化されているの中で最もエネルギー密度が高い。 4 V 級の高い電圧• これまでの二次電池はのが()だったため 1. 5 V 以上の電圧がかかるととにしてしまったが、を使用することで水の電気分解電圧以上の起電力を得ることができた。 公称電圧 3. 6-3. 7 V は、ニッケル水素電池 1. 2 V の3倍、鉛蓄電池 2. 1 V の1. 5倍、(1. 5 V)の2. 5倍であり、高い電圧が必要な場合に直列につなぐ電池の使用本数を減らすことができるため、その分小さく軽くでき、機器設計上の利点となる。 がない• 浅い充電と放電を繰り返すことで電池自体の容量が減ってしまう現象(メモリー効果)がないため、いつでも継ぎ足し充電ができる。 やニッケル水素電池では常にこれが起こる。 が少ない• 寿命が長い• 500回以上の充放電サイクルに耐え、長期間使用することができる。 適切に使えば1000回以上も可能。 ただし近年は「500回」という数値は形骸化している。 高容量化および出力電流が増加した現在ではJISのサイクルテストを受けると低い数値が出てしまうため、JISを受けず自称値を記載する製品が多い。 高速充電が可能• 最近では 3C 充電が可能な製品も登場している。 (一般的なタイプでは 1C 程度)• 大電流放電が可能• 大電流放電に適さないと考えられていたが、改良により克服してきている。 産業用の大型のものでは数百Aの大電流で放電できる製品も登場している。 使用温度範囲が広い• 乾電池のように電解液に水溶液を使用しないため氷点下の環境でも使用できる。 保証温度内では温度が上がるほどに容量が上がるが、高温放置をすると劣化が起こり、低い温度では著しく放電能力が落ちる。 汎用性が高い• 全体的な性能のバランスが良い(欠点が少ない)ため携帯電話から自動車まで様々な用途に利用できる。 容量や充電速度などどれか一つの性能だけならリチウムイオン電池よりも良い二次電池が研究報告されているが、他の性能も併せて良くなければここまで汎用的には普及しない。 短所 [ ] 寿命を迎え、劣化・膨張した製用リチウムイオン二次電池。 左上は新品のもの 常用領域と危険領域が非常に接近していて、安全性確保のために充放電を監視する保護回路が必要である。 これは、充電時に電圧が上昇する際に、正極および負極が極めて強い酸化状態・還元状態に置かれ、他の低電圧の電池に比べて材料が不安定化しやすいためである。 急速あるいは過度に充電すると、正極側では電解液の酸化・結晶構造の破壊により発熱し、負極側では金属リチウムが析出する。 これにより両極が直接繋がり、回路がしてしまう。 電池を急激に劣化させるだけでなく、最悪の場合は破裂・発火する。 したがって、充電においては極めて高い精度(数十 のレベル)での電圧制御が必要である。 過放電では、正極のが溶出したり、負極の集電体のが溶出してしまい二次電池として機能しなくなる。 この場合も、電池の異常発熱に繋がる。 コバルト酸リチウムはが高く、一度燃え上がると電池に含まれるに燃え移るため、手がつけにくい。 エネルギー密度が高いために、時には急激に過熱する危険性が大きく、の電解液が揮発し、発火事故を起こす恐れがある。 短絡は外力が加わることで電池内部で発生する場合もあり、衝撃に対する保護も必要である。 高温になりすぎると熱暴走を経て、破裂・発火・爆発の危険性がある。 保存特性(保存状態での性能保持特性)はニッケル水素電池などより劣る。 また、満充電状態で保存すると電池の劣化は急激に進行する。 このため、他の蓄電池で一般的な充電方法であるはリチウムイオン電池には適していない。 また高い発熱特性、制御回路と保護回路が必須、1セルあたりの電圧が高いなどの理由から、の代替用途には不向きであり普及していない。 (も参照) 安全性と対策 [ ] リチウムイオン二次電池には電圧を厳密に管理する制御回路と過充電・過放電を防ぐ保護機構が組み込まれている。 リチウムイオン二次電池は金属リチウムを用いないため、リチウム二次電池よりは安全に充放電できる。 しかし、リチウムイオン二次電池においても様々な危険性があり、これはエネルギー密度の高さの裏返しと言える。 本質的な問題でもあるため、電池そのものにも周辺回路にも様々な安全対策が施されている。 これらの安全対策はなどにより知ることができる。 こうした対策にもかかわらず、実際、ノートパソコンや携帯電話において異常過熱や発火などがしばしば報告される。 製造工程上の問題が疑われ、大規模な回収に繋がった例もある。 具体的な事故例についてはを参照のこと。 市販形態 [ ] 利用法によっては発火・爆発する危険性があるため、市販時には複数の安全機構を内蔵した「」として供給され、マンガン電池やアルカリ電池のように電池セル単体の製品は市販されていない。 等のホビー用途の電源として、電子的な安全回路を持たない物が市販されているが、高価な専用充放電機での使用を前提としており、強固なケースに収められている。 例外的に、電子部品専門店などでは一般向けに電池セルを販売しているが、保護回路や短絡防止策を講じないで使用することは危険を伴う。 また、ユーザーが電池パックを分解することは非常に危険である。 日本国内のウェブショップでは日本製と海外製の電子的な安全回路を内蔵した製品と電子的な安全回路を持たない製品が市販されている。 構造上の対策 [ ] 内部短絡などで温度が上がり、内圧が上昇した場合には電流遮断機能付き安全弁を内蔵することで爆発を予防している。 この安全弁は正極の凸部にあり、一定以上の圧力がかかるとガスを外部に放出する。 また、円筒形電池のトップカバーには、温度上昇により内部抵抗が増大するが内蔵されており、温度上昇が起こった際には電流を電気的に遮断する構造になっている。 その他に、• 電池素子の中心にステンレス製のピンを入れて缶の折り曲げに対する強度を高める• 電極のタブその物やタブ取り付け部にを貼りタブのエッジからの内部短絡を防止する• 電極の巻き始め・巻き終り部全体に絶縁テープを貼りデンドライトの発生を抑制する(デンドライト形成には、リチウム金属だけでなく、アルミ箔などに含まれる不純物の亜鉛などの析出が原因となることもある)• 微小セラミック粉を電極やセパレータの一部あるいはほぼ全域に塗布し絶縁層の強度を上げる。 などの様々な方法を用いてメーカーは安全性の確保に努めている。 保護回路 [ ] 充電電圧の過充電制御は充電器だけでなく、電池パックにも制御回路を備えて管理している。 また、過放電に対しては電池パック内の制御回路により、過放電状態にいたる前に出力を遮断する。 使用上の注意 [ ] 長持ちさせるために留意すると良い点を記す。 高温での使用・保管は劣化が早く進み 、電池に回復不能な損傷を与える ため、充電しながら動画を再生するような使用をしたり、温度の高い場所に放置する事は良くない。 ラップトップPCなども放熱に気を付ける。 高いセル電圧は劣化を招く ので、 満充電の状態で長期間放置すると容量が減る。 携帯電話やラップトップPCの一部には満充電を防ぐ設定ができるものもあるため、その設定を利用する。 1C以上でのは負担をかけるので避ける。 急速充電は通常の充電に比べて効率が落ちるため、その分熱が発生する。 SoC State of Charge が低い間の急速充電はあまり寿命には影響しないが、充電が進むにつれ充電の速度を落とさなければ寿命が縮む。 放電深度 DoD; Depth of Discharge を低くする。 ただし、ときどき完全放電と満充電のサイクルを行い、バッテリーの容量を制御回路に記憶させる。 長期間使用しないときは、ときどき充電して過放電に陥らないようにし、低湿度かつ低温で保存する。 優位性の喪失 [ ] リチウムイオン二次電池の利点はニッケル水素二次電池に対する圧倒的なエネルギー密度の高さであり、リスクを甘受するに足る性能であった。 元々ニッカド電池のように強いウィークポイントではなかったも、さらに抑制する技術が開発されている。 ニッケル水素二次電池は構造上、極端な小型化が難しいことから、リチウムイオン電池の市場は依然として確保されているものの、その一方で動力用や()の互換型充電式電池といった、現在ニッケル水素電池が主流を占める用途について、リチウムイオン電池がこれに取って代わることは、不可能になりつつある。 次世代二次電池 [ ] リチウムイオン二次電池の過充電特性の悪さを改良したが開発され、一部では実用化されている。 また、さらなる性能向上への取り組みとして、正極材料としては LiNiO 2, LiMn 2O 4 、負極材料としてはスズやケイ素とリチウムの合金を用いるものなども研究されている。 まだアイデアの域を出ないものの「イオン電池」というのも研究されている(一般乗用車に搭載されているカルシウム電極電池、通称「MFバッテリー」とは異なる)。 電解液には Ca ClO 4 2、 Ca 2[Fe CN 6] などを非プロトン極性溶媒に溶解した液を用いる。 そのほか、やを使うアイデアもある。 水溶液系リチウムイオン電池 [ ] 詳細は「」を参照 従来のリチウムイオン電池では水の電気分解の電圧である1. 23V以上の起電圧のため、可燃・有毒・高価な非水系電解質の使用が必須であったが、近年、系の電解質 を使用するリチウムイオン電池の開発が進みつつある。 WiBSの使用では0. 5V vs. ナノワイヤーバッテリー [ ] ナノワイヤーバッテリーはリチウムイオン充電池の一種で2007年にのYi Cuiによって発明された。 彼のチームの発明は従来の黒鉛の負極を珪素のによって覆われたステンレスの負極で置き換える構成である。 珪素は黒鉛の10倍のリチウムを貯蔵するので負極でのエネルギー密度が遥かに向上するため充電池の体積を減らす事が出来る。 表面積が広いので充放電が早くなる。 概要 [ ] 従来の炭素系負極を大きく超える容量を持つ事から珪素負極が研究(一部実用化)されているが、リチウムイオンの出入り によって珪素が数倍の体積に膨らむことから亀裂を生じやすく、充放電を繰り返した際の劣化(容量低下)を起こしやすい点が問題である。 さて、材料をナノサイズ化すると一般的に体積変化に対する柔軟性が増す事が知られている。 このため現在研究されている珪素系負極はほぼ全て珪素を化し、それを導電性炭素などで繋いだ構造となっている。 これに対し、スタンフォード大のCui博士のグループが開発した珪素ナノワイヤー系負極は、非常に長いナノワイヤーを電極として利用する事で電極末端までの電子の流れをスムーズにし、体積変化による劣化はワイヤー径がナノサイズである事で回避、さらにその非常に大きな表面積のためにLiイオンの侵入も容易で高速での充放電を可能とした。 彼らの実験結果によれば、既存の炭素系負極に対し初期容量で10倍、その後の充放電でも8倍程度の容量を維持している。 なお、彼のグループはその後も様々なを用いた電極開発を行っており、2011年には状の炭素により覆われた硫黄を作成し、正極材料としての優れた特性を報告している。 硫黄正極は現在使われている LiCoO 2や LiFePO 4といった正極材料の10倍程度の容量(単位重量あたり)を実現可能であり特に韓国系メーカーが中心となって開発を進めているのだが、サイクル特性が悪く充放電により急速に劣化する点が問題となっている。 ただしこれら十分に制御されたナノ構造を量産段階の電池に応用するにはまだ困難も多く、こういった技術が即座に製品として市場に出回るわけでは無い。 ナノボールバッテリー [ ] 概要 [ ] ナノボールバッテリーはナノワイヤバッテリーと同様の発想で電極の素材をナノサイズ化する事でイオンのに伴う体積変化への柔軟性を増し、出力密度、サイクル特性を向上させる。 超高速充放電が可能になると期待されるものの、課題も多く、多数のナノボールを電極として固定する事が困難でに伴う体積変化によって劣化する事が指摘されており、2018年現在、量産化の目途は立っていない。 リン酸鉄リチウムイオン電池 [ ] リン酸鉄リチウムイオン電池はリチウムイオン電池の一種である。 正極材料にリン酸鉄リチウム LiFePO 4 を使用する。 LiFe、 Li-Fe、 リフェ、 リチウムフェライトバッテリーなどと呼ばれる。 正極材料にコバルトを使用する形式よりも資源的な制約が少なく 、安全域が広く釘差しなどでも発火しにくい などの特徴をもち、他の正極材料を用いたリチウムイオン電池より比較的安全である事から近年シェアを拡大している。 代表的なメーカーはA123Systems、Changs Ascending Enterprise Co. ,Ltd. CAEC 、China Sun Group、BYDである。 リン酸鉄リチウムイオン電池では従来のリチウムイオン電池とは異なる特徴がある。 競合するコバルト酸リチウムイオン電池と比較した場合、放電できる電流が少ないが、リン酸鉄リチウムの一部の元素を置換することによって放電できる電流を改善した事例もある。 リン酸鉄リチウムイオン電池は以下の特徴がある• 単位体積あたりの蓄電容量がコバルト酸リチウムイオン電池よりも少ない。 多くのリン酸鉄リチウムイオン電池は鉛蓄電池やコバルト酸リチウムイオン電池よりも低い放電率である。 リン酸鉄リチウムイオン電池はコバルト酸リチウムイオン電池よりも電圧が低くエネルギー密度が低いが、サイクル寿命に優れる。 この欠点はコバルト酸リチウムイオン電池や LiMn 2O 4リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等よりも寿命が長く容量減少が緩やかであることにより相殺できる。 例: リン酸鉄リチウムイオン電池とコバルト酸リチウムイオン電池の1年後のエネルギー密度は、ほぼ同程度である。 仕様 [ ]• 8 V. 0—3. 3 V. 6 V. 陰極の組成 重量比• セルの仕様• 炭素被覆アルミニウム集電 15• 5 4 cm 2• : 金属• 5—4. 2 V• Fe-P-Oの結合はCo-O間の結合よりも強力である。 その為短絡や過熱等でも酸素原子が離脱するのは困難である。 この酸化還元エネルギーの安定性はイオンの移動を助ける。 リチウムが LiCoO 2電池の正極からでる事でCoO 2は非線形な膨張を受け構造の整合性に影響を与える。 LiFePO 4もリチウムの出入りによって同様に構造に影響があるが LiFePO 4電池は LiCoO 2電池より安定した構造である。 2012年、リン酸鉄リチウムイオン電池を採用した、がを起こし炎上。 炎上の原因にリチウムイオン電池が関与した可能性が、BYD幹部より示唆されている。 特許紛争 [ ] 1993年に NTT からのジョン・グッドイナフ研究室に研究員として派遣された職員が機密保持に関する契約に反して、リン酸鉄リチウム電池に関する機密情報を自分の勤務先に漏洩し、1995年11月、NTTが密かに特許を出願して日本の電子機器メーカーに売り込みをはじめた。 テキサス大学はNTTに対して5億ドルのを起こしたが、結果的にNTTがテキサス大学に3000万ドルを支払い、日本での特許から生じる利益の一部も大学に譲渡する内容で和解が成立した。 用途 [ ] や、、等に使用される。 脚注 [ ] []• Panasonic. 2015年11月26日閲覧。 Panasonic. 2015年11月26日閲覧。 開発段階での数値。 2009年3月26日時点の [ ]よりアーカイブ。 2009年3月26日閲覧。 Nagaura, T. ; Tozawa, K. 1990. 1976. 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リチウムイオンバッテリー

リチウムイオン電池とは リチウムイオン電池は、化学的な反応(酸化・還元反応)を利用して直流の電力を生み出す電気デバイスです。 正極と負極の間でリチウムイオンが行き来し充電と放電が可能で、繰り返し使用することができるので、リチウムイオン二次電池とも呼ばれます。 その構造は正極・負極と電解質で構成され、一般に、正極にはリチウムの酸化物が、負極には黒鉛(グラファイト)などが、電解質には液状またはゲル状のリチウム塩の有機電解質が用いられています。 エネルギー密度が高いと、小型で軽量のバッテリーを作ることができます。 下の図は単位体積・単位重量あたりの各種電池のエネルギー量を表したものです。 このため電池の電圧が高ければ、大きな出力を得やすくなります。 また充電の際も大きな電流を受け入れて短時間で充電できることが求められます。 このため使用できる充放電の回数が多いほど2次電池としての性能が優れているといえます。 一時期リチウムイオン電池関連の事故が社会問題となりましたが、その後改良・品質改善を重ねて安全な電池として広く世に普及しています。 電池の値段も非常に重要です。 リチウムイオン電池が世界中で普及するにつれて価格競争も激化し、コスト削減が進んで低価格化が進んでいます。 その他、リチウムイオン電池は使用できる動作温度範囲が広いこと、自己放電率が低いことなども他の電池に優れた特長といえます。 リチウムとは リチウム(Lithium、元素記号:Li)は、原子番号3番、原子量6. 941のアルカリ金属類に属する元素です。 学生のころ元素周期表を「水平リーベ僕のフネ・・・」と暗記した方もいると思いますが、「水平リーベ」の「リー(Li)」が実はリチウムなのです。 銀白色のやわらかい金属でナイフで切ることもでき、また金属類の中で最も比重が軽い金属です。 反応性が非常に高く、空気中でも窒素と容易に反応して窒化リチウム(LiN3)ができてしまい、また水と反応すると激しく燃焼するため、保管する際は油やナフサ、アルゴンなどの中で保管しなければなりません。 またリチウムは強い腐食性・炎症性をもつ激毒物であり、人体に有害なので取扱いには十分に注意する必要があります。 リチウムの埋蔵量 リチウムは地球上に広く分布していますが、反応性が高いため単体としては存在しません。 海水には多くのリチウムが含まれ、総量で2300億トンあるものと推定されています。 地上ではペタル石(葉長石)、リチア雲母、リチア輝石、ヘクトライト粘土などに含まれる形で存在し、特に水分蒸発量の多い塩湖などにおいて長い時間をかけて凝縮され、鉱床として存在しています。 鏡面のように美しい湖面で有名なボリビアのウユニ塩湖には、全世界の鉱石リチウム埋蔵量の約半分にあたる約540万トンが埋蔵されていると推定されており、ついで約300万トンがチリのアタカマ塩湖に埋蔵されているとされています。 国別ではチリ、ボリビア、オーストラリア、アルゼンチン、中国などに多く埋蔵されています。 ウユニ塩湖 リチウムイオンとは イオンとは、電子の過剰または欠損により電荷を帯びた原子(または原子団)のことを言います。 リチウムイオンが電解質を通して正極と負極を行き来するときに正極と負極を結ぶ回路に電子の流れ(電流)が発生するので、電池の充電・放電が可能になります。 リチウムはすべての元素の中で最もイオン化しやすい(イオン化傾向が強い)元素です。 リチウムイオン電池の充放電のしくみ - 充電 リチウムイオン電池の電極は、正極・負極ともに層状になっており、層の内部にリチウムイオンをためることができます。 リチウムイオン電池を充電すると、正極から負極に電子が移動するとともにリチウムイオンが正極から電解質をとおって負極に溜め込まれ、これにより正極と負極の間に電位差が発生します。 これが電池が充電された状態です。 リチウムイオン電池の充放電のしくみ - 放電 正極と負極に放電回路が接続されると、電位差を解消する為に負極から正極に向かって電子が流れ、電流が発生して放電が始まります。 これにより負極内にためられていたリチウムイオンが電解質を通して正極に移動し、正極内の電子と結合してリチウム酸化物に還元されます。 リチウムイオン電池の材料 - 負極材 リチウムイオン電池の負極材は炭素系の材料が一般的であり、主に黒鉛(LiC 6)が使用されていますが、東芝はチタン酸リチウム(Li 4Ti 5O 12)を負極とした電池SCiBを商品化し販売しています。 リチウムイオン電池の材料 - 電解質 現在市販されているリチウムイオン電池には、電解質として有機溶媒にリチウム塩(LiPF 6、LiBF 4、LiClO 4等)を1モル程度溶解させた有機電解液が用いられています。 また電解液にポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のポリマーを加えてゲル化したものを、一般にリチウムポリマー電池と呼びます。 リチウムイオン電池の材料 - セパレータ リチウムイオン電池のセパレータは、ポリオレフィンと呼ばれる化合物からできた厚さ25マイクロメートルほど、表面には1マイクロメートル以下の小さな穴が開いた膜が用いられます。 その材質にはポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等があります。 最もバランスの取れた正極材料として、モバイル機器を中心に幅広く使用されていますが、コバルトが高価でありかつ価格変動が大きく、また熱暴走の危険があるため車載用への応用は安全性に課題があるといわれています。 ニッケル系のなかでもNCA系と呼ばれるタイプは、安全性を高める加工を施して商品化されており、プリウス・プラグインハイブリッドに搭載されている電池は、プライムアースEVエナジーが製造するNCA系のリチウムイオン電池です。 主要なメーカーには、日産リーフに電池を供給するオートモーティブエナジーサプライ、三菱iMiEVに電池を供給リチウムエナジージャパン、GMボルトに電池を供給するLGケム、ダイムラー・BMW・北京汽車に電池を供給するジョンソンコントロールズ・サフトなどがあります。 リン酸鉄系は電池内部で発熱があっても結晶構造が崩壊しにくく、安全性が高い上に、鉄を原料とするためマンガン系よりもさらに安く製造できるメリットがあります。 欠点としては、その他のリチウムイオン電池の定格電圧が3. 7V程度であるのに対し、リン酸鉄系は3. 2V程度しかなく、エネルギー密度が低い事があげられます。 製造メーカーは中国のBYD、フィスカー向けに電池を供給していたA123、日本国内ではエリーパワーがあります。 (Li Ni-Mn-Co O2リチウムイオン電池は、正極材であるコバルト酸リチウムのコバルトの一部をニッケルとマンガンで置換し、コバルト・ニッケル・マンガンの3種類の原料を使用することで安定性を高めたものです。 この形式を採用しているメーカーは、スズキのレンジエクステンダー向けにリチウムイオン二次電池を供給することを発表した三洋電機や、ホンダが開発を進めるPHEV向けに電池を供給するブルーエナジージャパンがあります。 負極に黒鉛を使用する従来型リチウムイオン二次電池に比べ、チタン酸系は6倍の長寿命と10分以内に充電が可能な急速充電を実現しています。 欠点としては、その他のリチウムイオン電池の定格電圧が3. 7V程度であるのに対し、チタン酸系は2. 4V程度しかなく、エネルギー密度が低い事があげられます。 揮発性・引火性のある電解液を用いるリチウムイオン電池よりも安全性の高さが唄われる反面、柔軟性のある筐体を折り曲げたり、または過充電・過放電により筐体が膨らむなどの理由で内部短絡(ショート)が生じると発火・炎上する危険性もあります。 ほぼすべての携帯電話・スマートフォン・タブレット等の電源として使用されています。 リチウムイオン電池の充放電特性 リチウムイオン電池の充放電特性は、充放電間の電圧変化が少ないのが特徴です。 逆に充電末期と放電末期には急激に電圧が上昇・下降するので注意が必要です。 下図はリン酸鉄型リチウムイオン電池の充放電特性の一例です。 リチウムイオン電池の発火事故 2006年に大きな社会問題となったリチウムイオン電池の発火事故により、「リチウムイオン電池は発火する危険性がある」という不安が根強くあります。 日本を代表する電機メーカーの1つであるソニー製の電池が発火したという衝撃は、それほどインパクトの強いものでした。 2006年6月、大阪のあるホテルで開催された会議中に米デル社製のノートパソコンが突如発火・炎上しました。 原因はパソコンに搭載されたリチウムイオン電池の不良とされ、デルはノートパソコン用のリチウムイオン電池を自主回収することを発表し、ついでアップルもノートパソコン用電池をリコールすることを発表しました。 さらに、中国レノボ社のノートパソコン用リチウムイオン電池も発火事故を起こしていたことが明らかとなり、各社に電池を供給していたソニーエナジーデバイス社の対応に世間の注目が集まりました。 ソニーエナジーデバイスは発火事故の原因として、電池製造の際に微細な金属粉が混入し、これにより電池内部でショートが発生し過熱・発火につながったことは認めたものの、同時にノートパソコン側の急速充電システムも事故原因の1つであると主張し、きちんと充電制御がなされていれば発火事故は起きないので他のメーカーの電池は回収する必要がないと発表したため、騒ぎが大きくなりました。 ところがその後も発火事故が発生したためソニーに対する批判が高まり、結局対象となるすべての電池を全世界で回収する事態に追い込まれ、リコール対象は約1000万個、回収に伴う費用として約500億円の計上を余儀なくされました。 その後もリチウムイオン電池の発熱・発火・発煙等の事故、及びこれに伴う電池のリコールの発表がありましたが、再び大きくメディアに取り上げられたのは2013年に発生したボーイング787のリチウムイオン電池の発煙・発火事故でした。 ボーイング787搭載のリチウムイオン電池の発煙・発火事故 2013年1月、ボストン・ローガン空港に駐機中のJAL008便のボーイング787型機の機体内部で、搭載されたGSユアサ製リチウムイオンバッテリーが発火しました。 さらに同月に香川県上空を飛行中のANA692便のボーイング787において、機体内部での発煙を知らせるメッセージが表示されるとともに異臭もしたため、高松空港に緊急着陸しました。 このトラブルを受けてアメリカ連邦航空局FAAはボーイング787型機の飛行停止を命じ、当時ボーイングの最新鋭機であった787型機の飛行が全世界で運行停止されるという事態に陥りました。 事故原因の調査にあたった米国家安全運輸委員会NTSBは、事故原因として、搭載されたバッテリーシステムのうち1つの電池セルの内部でショートが発生し、過大な電流が流れたことにより、他の電池も連鎖的に異常な高温となり熱暴走の状態となって発熱・発煙した、と指摘しましたが、ショートの原因については、極度の低温下で電解液中のリチウムイオンがリチウム金属として析出したか、あるいは製造過程において微細な金属片が混入した等の可能性をあげたものの、電池の損傷が激しく原因の特定には至りませんでした。 電気用品安全法(PSE)によるリチウムイオン電池の規制 リチウムイオン電池の発熱・発火事故が多発する事態を受け、2008年5月に電気用品安全法施行令が改正されリチウムイオン電池が規制対象(特定以外の電気用品)となりました。 規制対象となるのは、 リチウムイオン蓄電池(単電池1個当たりの体積エネルギー密度が400ワット時毎リットル以上のものに限り、自動車用、原動機付自転車用、医療用機械器具用及び産業用機械器具用のもの並びにはんだ付けその他の接合方法により、容易に取り外すことができない状態で機械器具に固定して用いられるものその他の特殊な構造のものを除く。 ) です。 この規制対象に該当するリチウムイオン電池は、 に適合する必要があります。 また規制対象のリチウムイオン電池を取り扱う業者は、事業の届出から技術基準適合義務、適合性検査、製品の検査・表示義務等の一連の手続きを経てから販売することができます。 リチウムイオン電池のバッテリーマネジメントシステム(BMS) リチウムイオン電池のセルを直列・並列接続してユーザーが必要とする電圧・容量を持つバッテリーシステムを作る場合、複数のセルの充放電を制御する機能が必要となります。 BMSには以下のような機能があります。 Ahは A(アンペア)xh(時間) の積算値であり、同様にWhは W(ワット:A(アンペア)xV(電圧))xh(時間) となります。 たとえば40Ahの容量をもつ電池の場合、単純計算でいくと40Aの電流を1時間、20Aの電流であれば2時間、10Aの電流であれば4時間放電することができます。 しかし実際には、次項で説明する「時間率」によって放電量と放電時間が変わってきます。 電池から取り出せる電力量は、その電池が蓄えられる電力量だけでなく、その電力の取り出し方によっても変化します。 具体的には、大きな電気を短時間で取り出すより、小さな電気を長時間かけて取り出す方が、より多くの電気を取り出すことができるのです。 しかし、これではそのバッテリーの容量を表すことができませんので、時間率(HR)という単位で基準化して表しています。 たとえば、定格容量40Ah(1時間率)の電池の場合、40Aの電流で1時間放電することができますが、20Aの電流であれば2時間以上の放電が、10Aの電流であれば4時間以上の放電が可能です。 一般に、国内の自動車用のバッテリーは5時間率(5HR)、欧州の自動車用のバッテリーは20時間率(20HR)で容量が表示されています。 これにより、容量の異なる電池同士の特性を条件をそろえて比較するすることができます。 放電レートが1Cとは,ある容量のセルを定電流放電して,ちょうど 1 時間で放電終了となる電流値のことを言います。 例えば,定格容量40Ahの電池において1Cの放電とは40Aの放電を表します。 これを20Aの電流で放電させた場合は0.5Cの放電であり、80Aの電流で放電させた場合は2Cの放電となります。 充電についても同様にCレートで表すことができます。 michinokutd.

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リチウムイオンの電池の寿命について解説します リチウムイオン電池の寿命は、 意外に短いです。 早いと2年ぐらいで、電池の持ちが悪くなり始めるものもあります。 また、最近はユーザー自身で電池の交換ができないものが増えてきました。 ですから、 なるべく寿命が短くならないように使いたい、と思うのは当然の流れでしょう。 そこで、今回はリチウムイオン電池の寿命について解説します。 どうして寿命が短くなってしまうのか、そうならないための対策などを紹介します。 撮影:つーろっぷ リチウムイオン電池の種類 リチウムイオン電池の種類は、大きく分けて2つあります。 リチウムイオン電池の種類 1. 小型 主にスマートフォンやタブレット、ノートパソコンなどのモバイル機器に使われています。 形状としては、以下の3つがあります。 角形 (主な用途:携帯電話...いわゆるガラケー) 撮影:つーろっぷ• 円筒型 (主な用途:ノートパソコン) 乾電池のような形をしています。 これをカバーの中に収納した状態で使います。 使う本数は、通常4~6本です。 撮影:つーろっぷ• ラミネート型 (主な用途:スマートフォン) 角形をさらに薄くしたもの。 角型と円筒形の包装材は金属ですが、こちらはラミネートのようなプラスチック状のものが使われています。 最近では大半が電解液をゲル状のポリマーにした、リチウムイオンポリマー電池になっています。 リチウムイオン電池の種類 2. 自動車用 ハイブリッド車や電気自動車に使われています。 ノートパソコン用リチウムイオン電池の、 25倍程度のサイズです。 電極材料を変えた10,000サイクル以上使える、長寿命のリチウムイオン電池SCiBも登場しています。 リチウムイオン電池の寿命 一般的には 500サイクル程度、と言われています。 管理状態が良好であれば、 1,000サイクル以上の使用も可能です。 サイクルとは充電と使用の回数のことです。 ですが、充電と使用を1回ずつで1サイクル、とは数えません。 つまり、 2日で1サイクルになる訳です。 1年あたり182. 5サイクルですから、 約3年使えるという計算になります。 もっとも、他の要素も絡んでくるので、 これはあくまでも目安です。 ここで、リチウムイオン電池の原理を簡単に説明します。 まず、充電状態。 充電器につないだ状態のことを指します。 この時、正極から負極に、電子とリチウムイオンが移動します。 ちなみに正極と負極とは、乾電池の+と-と同じです。 そして、放電状態。 充電器から外して使う状態のことを指します。 充電で負極に移動した電子とリチウムイオンが、正極に移動します。 これにより電気が発生します。 つまり、リチウムイオン電池というのは、 正極と負極の間を電子とリチウムイオンが出入りする時に生じるエネルギーを使っているのです。 もっと簡単に説明している動画もありますので、ご参考にどうぞ。 しかし、使っているうちに電池は消耗します。 すると、負極の構成材料である カーボンが劣化します。 また、 正極に薄い膜ができ、リチウムイオンの移動を妨げます。 いずれの場合も、 リチウムイオンを出し入れする能力が低下しますので、蓄えられる電気の量が減ります。 結果として使える時間が短くなり、寿命となる訳です。 しかし、この保護機能が劣化して精度が落ちてくると、 まだ充電できるのに充電を終了してしまうことがあります。 ただこの場合、はっきりと寿命とは言えません。 というのも、 充電しないで放置し、電池を放電させると、回避できてしまうこともあるからです。 しかし、ここがリチウムイオン電池の難しいところなのですが、 放電しすぎても劣化します。 電池に内蔵されている保護機能がはたらいて、充電できなくなるのです。 リチウムイオン電池を使っている機器のマニュアルに 「定期的に通電するように」と、書いてありますが、それはこのためです。 大体6か月以上は、放置しないようにした方が良いでしょう。 こうなると、もう 普通の方法では充電できなくなり、寿命となります。 充電できることもありますが、 液漏れして破裂や発火する恐れもありますので、おすすめしません。 ですので、電池にはこの ガスを抜くための安全弁が付いています。 乾電池が液漏れすることがありますが、あれはガスを安全弁から放出する時に、液状の電解液が一緒に出てしまった状態です。 リチウムイオン電池の場合、 円筒型と角型に安全弁が付いています。 スマートフォンなどに使われている ラミネート型には、安全弁がありません。 その代わりに、包装材のラミネートやシールが裂けることでガスを放出します。 このため、ガスが溜まってきて 電池が膨張することがあります。 しかし、メーカーによっては、リチウムイオン電池の特性として問題ナシという見解を示しているところもあります。 電池パックは消耗にともない膨らむ場合があります。 これはリチウムイオン電池の特性であり、安全上問題ありません。 電池パックは、ご使用条件により、寿命が近づくにつれて膨れる場合があります。 これはリチウムイオン電池の特性であり、安全上に問題はありません。 これはおそらく、 不良ではないので無償交換しない、という意味でこう書いているのでしょう。 とはいえ、素人には良し悪しの判断がつきにくいですし、 使わない方が良いです。 何故なら、リチウムイオン電池の負極に使われているカーボンは、 熱によって構造が変化するからです。 すると、負極の機能をフルに発揮できなくなりますので、結果として電池容量が減ってしまいます。 ですから、真夏日や猛暑日の時や、夏場の車の中などは要注意です。 負極が劣化してしまいます。 しかし、逆に 充電しないで放置しても劣化します。 放電しすぎた状態になり、充電器につないでも充電できなくなり、寿命となってしまうことがあります。 何度か試すと充電できることもありますが、 劣化した電極の材料が化学反応を起こし、液漏れする可能性があります。 この場合、 破裂や発火の恐れがあり危険です。 暑すぎても寒すぎても、うまく動作しません。 特に 暑さは苦手です。 リチウムイオン電池の負極に使われているカーボンは、熱でその構造が変わってしまいます。 リチウムイオン電池は正極と負極の間を、電子とリチウムイオンが出入りすることで、電流が起こります。 しかし、熱で負極の構成が変わってしまうと、この 出入りがうまくできなくなるのです。 すると、電池容量が減ってしまい、寿命が縮みます。 寒くても、電池の消耗が早まります。 この場合は、前述の 電子とリチウムイオンの出入りが遅くなるので、起こると言われています。 しかし、なぜ遅くなるのかはわかっていません。 ただ、こちらの場合は 一時的な現象で、温かくすれば元に戻ります。 つまり、 人間が快適に過ごせる範囲ということですね。 負極に使われているカーボンの構造が、変わってしまいます。 すると、正極と負極の間を電子とリチウムイオンがうまく出入りできなくなるので、電池容量が減ります。 5倍になると言われています。 大手メーカーのノートパソコンなら、大抵は充電量を調整するソフトを提供しています。 スマートフォンの場合は、無料で使えるバッテリー管理アプリがあるので、そういったものを利用すると良いでしょう。 電池の電圧が下がりすぎて保護機能がはたらき、充電できなくなります。 こうなると、もう充電できなくなりますので、自動的に寿命を迎えることになります。 良くモバイル機器のマニュアルに 「定期的に通電してください」というようなことが書いてありますが、これはこのような事態を避けるためです。 場合によっては充電できることもありますが、 電池内部で化学反応が起こり、液漏れする恐れがあります。 最悪、 発火や破裂で火事になる危険もありますので、できれば充電しない方が良いでしょう。 リチウムイオンに寿命がきたら? 新しいリチウムイオン電池と交換する 新しいリチウムイオン電池を購入し、寿命を迎えた電池と交換します。 最も確実な方法です。 ただ、最近はコストダウンや小型軽量化、強度アップのために、 ユーザー自身でバッテリー交換できない仕様になっている機器も少なくありません。 この場合は、基本的にはメーカーに交換を依頼するしかありません。 そうすると、 交換費用が結構かかります。 メーカー以外の非正規の修理業者に依頼すれば、いくらか安くなります。 しかし、業者ごとに技術レベルにバラつきがあり、 かえって不調になるケースもありますので、注意が必要です。 リチウムイオン電池をリフレッシュする ノートパソコンなど、一部の機器については、寿命を迎えて電池容量が少なくなったリチウムイオン電池の 中身を新品と入れ替えて再生してくれる業者があります。 外側はそのままですが、中身は新しくなるので、 実質新品同様に使えます。 中身を入れ替えるだけですので、コストも買い替えるよりも安いです。 新品と比べて4割程度安くなることもあります。 ただ、こちらも前項同様、 業者ごとにレベルがまちまちです。 下手なところに当たってしまうと、電池の持ちが全く改善されないなど、トラブルに遭遇してしまう可能性もあります。 寿命がきたリチウムイオンの処分方法は? 寿命を迎えたリチウムイオン電池を、 可燃ごみとして自治体のごみ回収に出すのは危険です。 ごみ収集車の中で 電池がショートして発火し、火災になる恐れがあります。 寿命を迎えたリチウムイオン電池を処分するなら、 回収ボックスを利用するのが良いでしょう。 家電量販店などに設置されています。 なお、電池がショートして発熱や破裂しないように、 端子部にはセロハンテープを貼っておきましょう。 具体的な回収場所を知りたい場合は、一般社団法人JBRCのホームページで検索できます。 自治体のごみ回収は、各自治体ごとに対応が異なります。 お住まいの自治体に問い合わせてください。 このほか、2020年に開催される東京オリンピックでは小型家電から回収した金属で、入賞メダルを作るプロジェクトが進行しています。 リチウムイオン電池単体での回収は受け付けていませんが、スマートフォンやノートパソコンなど 回収対象品に取り付けた状態なら回収可能です。 自分が回収に出したものが、メダルの一部になるかもしれません。 この記事はリチウムイオンの寿命の全てを解説できた訳ではない ここまでリチウムイオン電池の寿命について、色々と解説してきました。 しかしながら、これが全てではありません。 記事内で紹介した寿命は、 あくまでも目安に過ぎません。 そもそも、製品ごとに仕様が異なります。 その一例として、自転車産業振興協会が2018年2月に公開した電動自転車用リチウムイオン電池の劣化試験のレポートを紹介します。 これを見ると、製品ごとに使える時間が異なるのがわかります。 最も短い製品ですと、 長い製品の1割程度の時間しか使えていません。 たった4製品の比較ですら、これだけの差があるのです。 また、 使い方は人によって異なります。 充電するタイミングや時間、放電量、気温などの使用環境は、それぞれ皆違います。 ですので、記事内で紹介した寿命を長くする方法を実践しても、 劇的に寿命が長くなるとは限りません。 参考程度に捉えていただければ、と思います。 正直、リチウムイオン電池は他の乾電池などに比べて、使い方が面倒です。 しかし、これはそれだけリチウムイオン電池が大きなエネルギーを扱っているということでもあります。 研究者の中には、 爆弾を抱えているようなものだと言う人もいます。 実際、破裂や発火の事故は少なくありません。 それだけに 使い方には注意が必要なのです。

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