リチウム電池の先駆的な研究は 1912 年に GN Lewis の下で始まりましたが、最初の非充電式リチウム電池が商業的に使用され始めたのは 1970 年代初頭になってからでした。 リチウムはすべての金属の中で最も軽く、最大の電気化学ポテンシャルと重量あたりのエネルギー密度が最も高くなります。
充電式リチウム電池を開発する試みは安全性の問題により失敗に終わりました。 研究は、特に充電中にリチウム金属の固有の不安定性を理由に、非金属リチウム電池に金属リチウムの代わりにリチウムイオンを使用することに方向転換しました。 エネルギー密度はリチウム金属よりわずかに低かったものの、充放電中に特定の注意を払えば、リチウムイオンは安全です。 1991年、ソニーは最初のリチウムイオン電池を商品化しました。 他のメーカーもこれに追随した。
リチウムイオンは通常、標準的なニッケルカドミウムの 2 倍のエネルギー密度を持っています。 さらに高いエネルギー密度を実現する可能性を秘めています。 放電特性が非常に良く、ニッケルカドミウムと同等の放電性能を発揮します。 3.6 ボルトの高いバッテリ電圧により、1 つのセルのみを使用するバッテリ パックの設計が可能になります。 今日の携帯電話のほとんどは単一のバッテリーで動作します。 ニッケルベースのパックには、3 つの 1.2- ボルトのセルを直列に接続する必要があります。
リチウムイオン電池はメンテナンスの手間がかからない電池であり、他のほとんどの化学電池では主張できない利点があります。 メモリはなく、バッテリーの寿命を延ばすために定期的にサイクリングする必要もありません。 さらに、自己放電はニッケルカドミウムと比較して半分以下であるため、リチウムイオンは最新の残量計アプリケーションに適しています。 リチウムイオン電池は廃棄してもほとんど害はありません。
リチウムイオンには全体的な利点があるにもかかわらず、欠点もあります。 壊れやすいため、安全な動作を維持するには保護回路が必要です。 各パックに組み込まれた保護回路は、充電中の各セルのピーク電圧を制限し、放電時にセル電圧が低くなりすぎるのを防ぎます。 さらに、安全回路がバッテリー温度を監視して極端な温度上昇を防ぎます。 ほとんどのパックの定格は 1C ～ 2C で、1C は 1 時間のバッテリーの定格容量に相当します。 このような保護により、生産コストが増加します。
ほとんどのリチウムイオン電池にとって経年劣化は懸念事項ですが、多くのメーカーはこの問題について沈黙を保っています。 1 年後、バッテリーは、バッテリーが使用されているかどうかに関係なく、年間約 20% の容量を失います。 老化は温度が高いほど早く進行します。 涼しい場所に保管すると、リチウムイオン (およびその他の化学物質) の劣化プロセスが遅くなります。 メーカーは 15 度 (59 °F) での保管を推奨しています。 さらに、バッテリーは保管中に部分的に充電する必要があり、推奨充電値は 40 パーセントです。
コスト対エネルギー密度の点で、円筒形 18650 リチウムイオン セルが最も経済的なバッテリーであり、モバイル コンピューティングや超薄型の形状を必要としないその他のアプリケーションに使用されます。 より薄い形状の場合、角柱状リチウムイオンは、コスト対エネルギー比とフォームファクターの間で最良の妥協点を提供します。
利点
- 高いエネルギー密度 - さらに高い容量の可能性。
- 新品時に長時間のプライミングは必要ありません。 必要なのは通常の充電 1 回だけです。
- 自己放電が比較的低い - 自己放電はニッケルベースのバッテリーの半分以下です。
- 低メンテナンス - 定期的な放電は必要ありません。 記憶がない。
- 特殊セルは、電動工具などのアプリケーションに非常に高い電流を供給できます。
制限事項
- 電圧と電流を安全な制限内に維持するために保護回路が必要です。
- 使用していなくても劣化する可能性があります。40% 充電した状態で涼しい場所に保管すると、劣化の影響が軽減されます。
- 輸送制限 - 大量の輸送は規制の対象となる場合があります。 この制限は、個人の機内持ち込みバッテリーには適用されません。
- 製造コストが高い - ニッケルカドミウムよりもコストが約 40% 高い。
- 完全に成熟していません - 金属と化学物質は継続的に変化しています。