リチウムイオン二次電池の仕組み

高性能化するモバイル機器を、長時間利用するためには、その動作を支える電力を提供する必要があります。

しかし、モバイル機器全体の大きさと、重さは、新規に購入する際には、非常に重要なポイントとなりますので、内蔵電池の大きさには、厳しい制限があるのが通常です。

それでも、ほぼ一日中利用しても、電池が切れない製品が一般的に販売されていますので、それだけ内蔵電池の性能が高いことが容易に理解できます。

現在、スマートフォンや携帯電話、又はタブレット、ノートパソコンなどで利用されているのは「リチウムイオン二次電池」と呼ばれているタイプの内蔵電池です。

この「二次電池」と言うのは、充電して何度も利用できる電池という意味です。

現在のタイプに行き着くまでには、何種類もの内蔵電池を開発してきた歴史があるようですが、現在利用しているタイプには、どのような長所があるのでしょうか?

それは、理想の電池とは、どのようなものであるかを考えるとすぐに分かります。

 

リチウムイオン二次電池とは?

リチウムイオン二次電池とは、現在、モバイル機器で一般的に利用されている、充電可能なタイプの内蔵電池です。

一般的には、正極に、コバルト酸リチウム (LiCoO2) を使用して、負極に炭素材料を使用します。

また、その間にある電解質としては、リチウム塩を使用しています。この組み合わせによって、リチウムイオンが、負極に吸収されたり、逆に放出されたりすることによって、充電可能な電池として利用することができます。

ただし、リチウムイオンの移動が可能であれば、他の材料を、電解質として、利用することが可能です。また、充電する際には、正極から負極へリチウムイオンが移動します。

電力を利用する際には、逆に負極から、正極へ移動することによって電源となります。

負極の材料によって、電池の性質が変わるようです。一般的に利用されている「グラファイト」は、利用中に電圧の変動がなく、最後に、急激に電圧が下がる特性があります。

それに対して「ハードカーボン」であれば、充電可能回数の点では有利ですが、電圧が少しずつ下がっていくという特性があります。

そのため、この形式の電池を搭載している機器の側で、それを調整しながら利用する必要があり、実際には一部の専門的な機器でのみ利用されています。

このように、同じリチウムイオン二次電池でも、構成する電極と、電解質を、別の材料に置き換えることによって、更に、性能を向上することが可能です。現在、各メーカーがしのぎを削っている分野です。

 

リチウムイオン二次電池の特徴

高い電圧と、電解質に水溶液を利用しないことから、厳しい環境でも、その性能を発揮できるところが特徴です。

また、モバイル機器のように、充電しながら、利用を継続する、と言うような、これまでの形式の充電池では、その寿命を縮めてしまうような使用方法でもあまり影響しない点も重要です。

そして、充電池に特有の問題である「メモリー効果」がない、という特性もあります。これは、フル充電した後で、蓄えた電力を、完全に使い切らないタイミングで、更に充電をすると、次回からは、蓄えた容量を使い切っていない段階で、電力が急に低下する現象です。

以前利用されていた充電池であるニカド電池や、現在、乾電池の代用として利用されているニッケル水素二次電池では、一般的に発生している現象です(ニッケル水素二次電池では、改善しつつあり。)。

この形式の電池にも、注意点があります。それは、専用の充電器を利用して、充電を行う必要がある点です。

モバイル機器の場合は、安全装置が内蔵されていますので、特に心配する必要はありません。

しかし、電子機器専門店などで、部品として販売されている場合に、保護回路などを使用せずに、回路に組み込むような行為は、爆発の危険性がありますので避けるべきです。

寿命を迎えると、膨張してモバイル機器が膨らむ可能性がありますが、その状態では、利用することができませんし充電をするのは危険です。

すぐに端末のメーカーに対して、修理(又は交換)を依頼する必要があります。

 

リチウムイオン二次電池のこれから

高い性能を持ちながらも、コンパクト化することが困難であることから、一般的に乾電池の代わりとして利用されている「ニッケル水素二次電池」には、対抗することができないようです。

しかも、性能的にも、かつてのような優位性を失いつつあるため、将来的には、他の方式の二次電池に、現在の地位を奪われてしまう可能性がありそうです。