リチウム電池についてのいくつかの常識

ポータブル電子製品は、電源としてバッテリーを使用します。ポータブル製品の急速な発展に伴い、さまざまな電池の使用が大幅に増加し、多くの新しいタイプの電池が開発されています。より身近な高性能アルカリ電池、充電式ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池に加えて、近年開発されたリチウム電池があります。この記事では、主にリチウム電池の基礎知識を紹介します。これには、その特性、主なパラメーター、モデルの意味、適用範囲、および使用上の注意が含まれます。

リチウムは、化学記号がLi（英語名はリチウム）の金属元素です。それは銀白色で、非常に柔らかく、化学的に活性な金属であり、金属の中で最も軽いです。原子力産業での応用に加えて、特殊合金、特殊ガラス（テレビ機用蛍光ガラス）、リチウム電池を製造することができます。リチウム電池の電池の陽極として使用されます。

リチウム電池も、非充電式と充電式の2つのカテゴリに分類されます。非充電式電池は使い捨て電池と呼ばれます。それらは、化学エネルギーを一度に電気エネルギーに変換することしかできず、電気エネルギーを化学エネルギーに戻すことはできません（または還元性能が不十分です）。二次電池は二次電池（電池とも呼ばれます）と呼ばれます。電気エネルギーを化学エネルギーに変換して貯蔵することができます。使用すると、化学エネルギーを電気エネルギーに変換します。電気エネルギー、化学エネルギー、リチウム電池の主な特徴など、リバーシブルです。

スマートポータブル電子製品は、小型で軽量である必要がありますが、バッテリーのサイズと重量は、他の電子部品と比較して最大で最も重いことがよくあります。たとえば、昔の「兄貴」はかなり「厚くてかさばる」ものでしたが、今日の携帯電話はとても軽いです。その中でも、電池の改良が重要な役割を果たしました。以前は、ニッケルカドミウム電池がリチウムイオン電池になりました。

リチウム電池の最大の特徴は、エネルギーよりも高いことです。エネルギー以上のものは何ですか？比エネルギーとは、単位重量または単位体積あたりのエネルギーを指します。比エネルギーは、Wh / kgまたはWh / Lで表されます。 Whはエネルギーの単位、Wはタイル、Hは時間です。 Kgはkg（質量単位）、LはL（体積単位）です。説明の例を次に示します。ニッケルカドミウム電池No.5の定格電圧は12 V、容量は800 mAh、エネルギーは0 960 Wh（1 2V×08 Ah）です。同サイズの二酸化マンガンリチウム電池No.5の定格電圧は3V、静電容量は1200mAh、エネルギーは3.06Whです。これら2つの電池の容量は同じであるため、二酸化マンガンリチウム電池の比エネルギーはニッケルカドミウム電池の375倍になります。

セクション5のニッケルカドミウム電池の重量は約23gですが、セクション5の二酸化マンガンリチウム電池の重量は約18gです。二酸化マンガンリチウム電池は3Vですが、ニッケルカドミウム電池2個はわずか24Vです。そのため、リチウム電池を使用する場合は、電池の数が少なく（携帯用電子製品の体積と重量を減らす）、電池の寿命が長くなります。

さらに、リチウム電池には、安定した放電電圧、広い動作温度範囲、低い自己放電率、長い保管寿命、メモリー効果や汚染がないという利点があります。

リチウム電池の欠点は、高価であるため、現在広く使用できないことです。それらは主にハンドヘルドコンピュータ、PDA、通信機器、カメラ、衛星、ミサイル、魚雷、および機器で使用されます。技術の進歩、プロセスの改善、生産の増加に伴い、リチウム電池の価格は下がり続け、アプリケーションもより一般的になります。

非充電式リチウム電池

非充電式リチウム電池には多くの種類があります。現在、二酸化マンガンリチウム電池、塩化リチウムチオニル電池、リチウムなどの複合電池が一般的に使用されています。この記事では、最も一般的に使用される最初の2つのみを紹介します。

リチウム-二酸化マンガン電池（Li-MnO2）

二酸化マンガン乾電池は、リチウムを陽極、二酸化マンガンを陰極、有機電解質を使用した使い捨て電池です。バッテリーの主な特徴は、バッテリー電圧が高く、定格電圧が3V（一般的なアルカリ電池の2倍）であることです。終端放電電圧は2Vです。エネルギー以上のもの（上記の例を参照）。放電電圧は安定していて信頼性があります。グッドストレージ・パフォーマンス（3年以上蓄積時間）、低自己放電率（年間自己放電率≤2 <UNK>）;動作温度範囲-20°C〜 + 60°C。

バッテリーは、さまざまな要件を満たすためにさまざまな形状に作ることができます。長方形、円筒形、ボタン型（ボタン型）です。シリンダーの直径と高さのサイズも異なります。おなじみの1＃（サイズコードD）、2＃（サイズコードC）、5＃（サイズコードAA）バッテリーの主なパラメーターは次のとおりです。

CRは、円筒形の二酸化マンガンリチウム電池として表されます。 5桁のうち、最初の2桁はバッテリーの直径を表し、最後の3桁は小数点以下1桁の高さを表します。たとえば、CR14505の直径は14mm、高さは50,05mmです（このモデルはユニバーサルです）。

ここで、異なる工場で製造された同じタイプのバッテリーのパラメーターにはいくつかの違いがあるかもしれないことが指摘されています。また、標準放電電流値が小さく、実際の放電電流が標準放電電流より大きくなる可能性があり、連続放電とパルス放電の許容放電電流も異なり、関連データは電池工場から提供されます。例えば、Lixing Power Co.、Ltd。製のCR14505は、最大連続放電電流が1000mA、最大パルス放電電流が2500mAです。

カメラに使用されているリチウム電池は、ほとんどが二酸化マンガンリチウム電池です。カメラで一般的に使用されているリチウムマンガン二酸化マンガン電池を参考のために表2に示します。

ボタン型（ボタン型）電池は、直径12.05〜24.05mm、高さ1.06〜5.0mmと小型です。より一般的に使用されるボタン電池のいくつかを表3に示します。

CRは円筒形の二酸化マンガンリチウム電池です。最後の4桁の最初の2つはバッテリーの直径の寸法であり、最後の2つは小数点付きの高さのサイズです。たとえば、CR1220の直径は12.05 mm（小数点以下の桁数を除く）で、高さは2.0mmです。このモデル表現方法は国際的に使用されています。

このタイプのボタン電池は、時計、電卓、電子メモ帳、カメラ、補聴器、電子ゲーム機、ICカード、およびバックアップ電源によく使用されます。

リチウム-塩化チオニル電池（Li-SOCl2）

塩化チオニルリチウムセルは最もエネルギー特異的であり、現在500 W / kgまたは1000Wh / Lレベルに達しています。定格電圧は3.06Vで、中電流で放電すると3.04Vの非常にフラットな放電特性を持ちます（90インチの容量範囲内でほとんど変化なくフラットに放電できます）。電池は、-40℃〜+ 85の範囲°C内で動作することができるが、-40°Cでの容量は、室温容量の50 <UNK>程度です。自己放電率が低い（年間自己放電率≤1 <UNK>）で、貯蔵寿命が10年以上です。

＃1（サイズコードD）ニッケルカドミウム電池と＃1リチウムチオニルクロリド電池の比エネルギーを比較します。＃1ニッケルカドミウム電池の定格電圧は1.2Vで、容量は5000mAh; 1＃塩化リチウム-チオニルの定格電圧は3.06 V、容量は10,000 mAhで、後者は前者の6倍です。

アプリケーションノート

上記の2つのリチウム電池は使い捨て電池であり、充電できません（充電時に危険です！）;バッテリーの正極と負極の間を短絡させないでください。 （最大放電電流放電を超える）過電流の放電は許可されないものとします。バッテリーを使用して放電電圧を終端する場合は、時間内に電子製品から取り外す必要があります。使用済みのバッテリーをつぶしたり、燃やしたり、分解したりしないでください。指定温度範囲を超えて使用しないでください。

リチウム電池は通常の電池やニッケルカドミウム電池よりも電圧が高いので、回路を傷つけないように間違えないでください。モデルのCRとERに精通することで、そのタイプと定格電圧を知ることができます。新しい電池を購入するときは、元のモデルに従って購入する必要があります。そうしないと、電子製品の性能に影響を及ぼします。

充電式リチウム電池

リチウムバナジウム酸化物電池、リチウムイオン電池、新開発のリチウムポリマー電池など、充電式リチウム電池がたくさんあります。ここでは、リチウムイオン電池を中心に、最初の2つのタイプのみを紹介します。

充電式リチウムイオン電池は、現在携帯電話で最も広く使用されている電池ですが、より「繊細」であり、使用中に過充電または過充電することはできません（電池を損傷または廃棄する可能性があります）。したがって、高価なバッテリーの損傷を防ぐために、バッテリーには保護コンポーネントまたは保護回路があります。

リチウムイオン電池には高い充電要件が必要です。終端電圧の精度が1％以内であることを保証するために、主要な半導体デバイスプラントは、安全で信頼性が高く、迅速な充電を保証するリチウムイオン電池充電用のさまざまなICを開発しました。

現在、携帯電話は非常に一般的です。ニッケル水素電池もありますが、スマートフォンはリチウムイオン電池です。リチウムイオン電池を正しく使用することは、電池の寿命を延ばすために非常に重要です。

1.リチウム-酸化バナジウム電池（Li-V6O13）

リチウム-酸化バナジウム電池は、アノードとしてのリチウム、カソードとしての酸化バナジウム、および電解質としての無機塩の有機溶媒で構成されています。充電が特徴です。バッテリーNo.2を例にとると、リチウムバナジウム酸化物バッテリーは、表5に示すように、リチウムマンガン二酸化物バッテリーおよびリチウムチオニルクロリドセルと比較されます。

表5からわかるように、酸化リチウムリチウム電池の定格電圧はわずか2.8 Vであり、定格容量も小さいため、他の2つのリチウム電池に比べて比エネルギーが最小です。このタイプの円筒形電池の主なパラメータを表6に示します。表6からわかるように、充電回数（サイクル寿命）は長くないため、この充電式電池はすぐにリチウムイオン電池に置き換えられました。

2.リチウムイオン電池（Li-Ion）

リチウムイオン電池は、現在最も広く使用されているリチウム電池です。それらは、さまざまな電子製品の要件に応じて、平らな長方形、円筒形、長方形、およびボタンタイプの電池に作ることができ、直列の複数のセルで構成される電池を備えています。

リチウムイオン電池の定格電圧は3.6Vです（一部の製品は3.7Vです）。フル充電時の最終充電電圧は、バッテリーのアノード材料に関連しています。アノード材料は4.2Vのグラファイトです。アノード材料は4.1Vのコークスです。異なるアノード材料の内部抵抗も異なります。図1に示すように、コークスアノードの内部抵抗はわずかに大きく、放電曲線もわずかに異なります。一般に、4.1Vリチウムイオン電池と4.2Vリチウムイオン電池と呼ばれます。リチウムイオン電池の終端放電電圧は2.5V〜2.75 Vです（電池プラントは、わずかに異なるパラメータで、動作電圧の範囲または終端放電電圧を提供します）。終端放電電圧以下で放電を続けることを過放電と呼び、過放電はバッテリーの損傷を引き起こします。

リチウムイオン電池は、大電流放電には適していません。過度の電流放電は放電時間を短縮します（内部はより高い温度を生成し、エネルギーを失います）。したがって、バッテリー製造プラントによって与えられる最大放電電流は、使用中の最大放電電流よりも小さくする必要があります。

リチウムイオン電池には特定の温度要件があります。工場では、充電温度範囲、放電温度範囲、保存温度範囲を提供しています。

リチウムイオン電池は非常に高い充電要件を必要とします。充電の安全性を確保するには、高度な充電回路が必要です。終端充電電圧精度の許容差は定格の±1％であり（たとえば、4.2Vで充電されたリチウムイオン電池の許容差は±0.042Vです）、過電圧充電はリチウムイオン電池に恒久的な損傷を引き起こします。リチウムイオン電池の充電電流は、電池製造工場の推奨に基づいており、オーバーフロー（過熱）を防ぐために有限電流回路が必要です。一般的に使用される充電率は0.25C〜1Cです（CはC = 800mAhなどのバッテリー容量であり、1Cの充電率は800mAです）。大電流を充電する場合、過熱によるバッテリーの損傷や爆発を防ぐために、バッテリーの温度が検出されることがよくあります。

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