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新しい電池の科学 梅尾良之




二次電池の分類
  1. ニカド電池
  2. ニッケル水素電池
  3. リチウムイオン電池(ポリマー電池を含む)
  4. 小型制御弁式鉛蓄電池
  5. 鉛蓄電池
  6. アルカリ蓄電池

電池の評価項目
  1. エネルギー密度
  2. 放電特性
  3. 充電特性
  4. 寿命
  5. 使用温度
  6. 圧力、衝撃
  7. 環境
  8. 品質
  9. 外観、形状
  10. 入手
  11. 価格

鉛蓄電池
自動車用のバッテリーに使われている。正極は二酸化鉛、負極は金属鉛が主体。この電池の特徴は、放電中の電圧がほとんど変わらないこと。鉛蓄電池は過放電すると性能が低下しやすいので、1セルあたり1.7~1.8ボルト以下まで放電させないよう注意が必要。放電したまま長時間放置すると、充電しても元の容量に戻らなくなる。その原因は、負極が硫酸鉛の固まりになるため。電解液が減った状態で使用を続けると「爆発」することがある。

ニカド電池
ニカド電池とは、ニッケルカドミウム蓄電池(正極にニッケル化合物、負極にカドミウム)を密閉式にした電池のこと。

ニッケル水素電池
正極にニカド電池と同じくニッケル化合物、負極には水素吸蔵合金が使われる。

ニッケル水素電池の特徴(ニカド電池との比較)
  1. 作動電圧が1.2ボルトで、ニカド電池に近く、互換性がある
  2. ニカド電池の2倍以上のエネルギー密度を持つ
  3. ニカド電池と同様、充放電を500回繰り返すことができ、種類によっては数千回の繰り返しも可能
  4. 専用充電器で約1時間の急速充電ができ、さらに種類によっては約15分の充電も可能
  5. ニカド電池と同様に2C以上の強放電ができ、さらに種類によってはそれ以上の強放電も可能
  6. 製造過程でカドミウムや鉛、水銀を使用していないので、環境に受け入れやすい

リチウムイオン二次電池
出力は約3.6ボルトで、ニカド電池やニッケル水素電池の約3倍もある。正極にはコバルト酸リチウム、負極には結晶性の黒鉛系材料が使われる。コバルトは埋蔵量が少なく高価なため、埋蔵量が豊富で安価なニッケルやマンガン、及び鉄系で一部代替されている。リチウム金属をそのまま使わず、黒鉛に含ませて使っており、充電の際黒鉛の結晶の中にリチウムがイオンの形で入り(インターカレート)、放電で出て行く反応(デカレート)が利用されている。

過充電(4.2ボルト×電池直列セル数を超える)では電池の火災や爆発の危険性が他の電池よりも高い。また、過放電(3.0ボルト×電池直列セル数)は電池性能を劣化させる原因となる。

また、リチウムイオン二次電池はメモリー効果が無い。

リチウムイオン二次電池を使う際には保護回路が必要
  1. 過充電禁止機能(1セル電圧4.3V±0.05V以上で充電停止)
  2. 過放電禁止機能(1セル電圧2.3V±0.1V以下で放電停止)
  3. 過電流保護機能(出力端子ショート時放電停止)



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