電子機器のモビリティにおいて重要な要素となるのが充電池（バッテリー）です。可能な限り長い自律性を確保するという要求の高まりは、この分野での絶え間ない研究を刺激し、新しい技術的解決策の出現につながります。
広く使用されているニッケル-カドミウム (Ni-Cd) およびニッケル水素 (Ni-MH) 電池に代わるものが登場しました。最初はリチウム電池で、その後、より高度なリチウムイオン電池 (Li-ion) が登場しました。
歴史
この種の最初のバッテリーは 1970 年代に登場しました。それらは、改善された特性のためにすぐに需要がありました。セルのアノードはリチウム金属でできており、その特性によりエネルギー密度を高めることができました。それがリチウム電池の登場です。
新しいバッテリーには重大な欠点がありました-爆発と発火のリスクが増加しました。その理由は、電極の表面にリチウム膜が形成され、温度安定性が損なわれたためでした。最大負荷の瞬間に、バッテリーが爆発する可能性があります。
技術が洗練され、正電荷を帯びたイオンを使用することを支持して、バッテリー部品の純粋なリチウムが放棄されました。リチウムイオン電池は、成功したソリューションであることが証明されました。
このタイプのイオン電池は、エネルギー密度のわずかな低下によって得られる安全性の向上が特徴ですが、絶え間ない技術の進歩により、このインジケーターの損失を最小限に抑えることが可能になりました。
デバイス
家電製品へのリチウム イオン電池の導入は、炭素材料 (グラファイト) のカソードと酸化コバルトのアノードを備えた電池の開発によってブレークスルーを獲得しました。
電池を放電する過程で、リチウム イオンが正極材料から除去され、反対側の電極の酸化コバルトに取り込まれます。充電中は、プロセスは逆方向に進みます。したがって、電流は、一方の電極から他方の電極に移動するリチウムイオンによって生成されます。
リチウムイオン電池は、円筒形と角形のデザインで作られています。円筒形の設計では、電解質を含浸させた材料で分離された平らな電極の 2 つのリボンがコイル状に巻かれ、密封された金属ケースに入れられます。陰極材料はアルミ箔に、陽極材料は銅箔に塗布されます。
バッテリーの角柱デザインは、長方形のプレートを積み重ねることによって得られます。この電池の形状により、電子機器のレイアウトをより密にすることができる。渦巻き状にねじられたコイル状の電極を備えたプリズム電池も利用できます。
操作と寿命
操作規則に従えば、リチウムイオン電池を長く完全かつ安全に操作することができます。操作規則を無視すると、製品の耐用年数が短くなるだけでなく、マイナスの結果につながる可能性もあります。
手術
リチウムイオン電池の動作に関する重要な要件は、温度に関するものです。過熱を許容しないでください。高温は最大の損傷を引き起こす可能性があり、過熱は外部ソースやストレスの多いバッテリーの充電および放電モードによって引き起こされる可能性があります.
たとえば、45°C まで加熱すると、バッテリの充電保持容量が 2 分の 1 に減少します。この温度は、デバイスが長時間太陽にさらされている場合、またはエネルギー集約型のアプリケーションを実行している場合に簡単に達成されます。
製品が過熱した場合は、できればバッテリーをオフにして取り外した状態で、涼しい場所に置くことをお勧めします。
夏の暑い時期にバッテリーのパフォーマンスを最大限に維持するには、ほとんどのモバイル デバイスで利用できる省電力モードを使用する必要があります。
低温もイオンバッテリーに悪影響を及ぼします。-4°C を下回る温度では、バッテリーはもはやフルパワーを発揮できません。
しかし、低温はリチウムイオン電池にとって高温ほど悪くはなく、ほとんどの場合、不可逆的な損傷にはつながりません。室温まで暖めた後、バッテリーの性能は完全に回復するという事実にもかかわらず、寒さでの容量の減少を忘れてはなりません.
Li-Ion バッテリーの操作に関するもう 1 つの推奨事項 - 深く放電させないでください。以前の世代の多くのバッテリーにはメモリー効果があり、ゼロまで放電してから完全に充電する必要がありました。リチウムイオン電池にはこのような影響はなく、散発的な完全放電は悪影響を及ぼしませんが、継続的な深い放電は有害です。充電器は 30% の充電レベルで接続することをお勧めします。
一生
リチウムイオン電池を不適切に使用すると、寿命が 10 ～ 12 分の 1 に短くなる可能性があります。この寿命は、充電サイクル数に直接関係しています。リチウムイオン電池は、完全放電で 500 ～ 1000 サイクルに耐えることができると考えられています。次の充電までの充電残量のパーセンテージが高いほど、バッテリーの寿命が大幅に延びます。
リチウムイオン電池の耐用年数は動作条件によって大きく左右されるため、これらの電池の正確な寿命を予測することは不可能です。必要な規則に従えば、このタイプのバッテリーは平均して 7 ～ 10 年持続することが期待できます。
充電プロセス
充電中はバッテリーを長時間充電器に接続しないでください。リチウム イオン バッテリーは、3.6 ボルトを超えない電圧で正常に機能します。バッテリー充電器は、充電プロセス中にバッテリーに 4.2 ボルトを供給します。充電時間を超えると、望ましくない電気化学反応がバッテリーで開始され、過熱につながり、その後のすべての結果につながります。
開発者はこのような機能を考慮しました。最新のリチウムイオン電池の充電の安全性は、電圧が許容レベルを超えた場合に充電プロセスを停止する特別な組み込みデバイスによって制御されます。
リチウム電池の場合、2 段階充電方式が正しい充電方法です。第 1 段階では、一定の充電電流を提供してバッテリを充電します。第 2 段階では、定電圧を提供し、充電電流を徐々に減らします。このアルゴリズムは、ほとんどの家庭用充電器に実装されているハードウェアです。
保管と廃棄
リチウムイオンバッテリーは長期間保管でき、自己放電は年間10～20%です。しかし同時に、製品の特性が徐々に低下します（劣化）。
このようなバッテリーは、+5 ... +25°C の防湿場所に保管することをお勧めします。強い振動、衝撃、裸火への接近は容認できません。
リチウム イオン電池のリサイクル プロセスは、適切なライセンスを持つ専門施設で実施する必要があります。リサイクルされたバッテリーの材料の約 80% は、新しいバッテリーの製造に再利用できます。
安全性
リチウム イオン バッテリーは、その小型サイズであっても、爆発的な自然発火の危険性があります。このような電池の特殊性から、設計から製造、保管に至るすべての段階で安全対策が求められます。
リチウムイオン電池の安全性を向上させるために、過負荷や過熱を防ぐように設計された制御および管理システムである小さな電子回路基板が、製造中にケースに入れられます。電子メカニズムは、温度が所定の制限を超えて上昇すると、回路の抵抗を増加させます。一部のバッテリー モデルには、バッテリー内の圧力が上昇すると回路を遮断する機械式スイッチが組み込まれています。
また、バッテリーケースには、緊急時に圧力を逃がすための安全弁が付いていることがよくあります。
リチウム電池の長所と短所
このタイプのバッテリーの利点は次のとおりです。
- 高エネルギー密度;
- メモリ効果なし;
- 長寿命;
- 自己放電率が低い。
- メンテナンス不要。
- 比較的広い温度範囲で変わらない動作パラメータを保証します。
リチウム電池には、次のような欠点もあります。
- 自然発火の危険性;
- 前任者よりも高いコスト。
- 組み込みコントローラーの必要性。
- 深い放電の望ましくない。
リチウムイオン電池の製造技術は常に改善されており、欠点の多くは徐々に過去のものになりつつあります。
アプリケーション
リチウム イオン電池の高エネルギー密度インジケーターは、モバイル電子機器の主な応用分野を決定します: ラップトップ、タブレット、スマートフォン、カムコーダー、カメラ、ナビゲーション システム、さまざまな組み込みセンサー、およびその他の多くの製品。
これらのバッテリーの円筒形フォーム ファクターの存在により、以前は使い捨てバッテリーからエネルギーを消費していた懐中電灯、固定電話、およびその他のデバイスで使用することができます。
電池構造のリチウムイオン原理にはいくつかの種類があり、使用される材料の種類が異なります (リチウム-コバルト、リチウム-マンガン、リチウム-ニッケル-マンガン-コバルト酸化物など)。それらのそれぞれは、独自の適用範囲を見つけます。
モバイル エレクトロニクスに加えて、リチウム イオン電池グループは次のアプリケーションで使用されます。
- ハンドヘルド電動工具;
- 携帯用医療機器;
- 無停電電源装置;
- セキュリティシステム;
- 非常用照明モジュール;
- 太陽光発電所;
- 電気自動車と電動自転車。
リチウムイオン技術の継続的な改善と、小型サイズで高容量のバッテリーを作成することに成功したことを考えると、そのようなバッテリーの使用の拡大を予測できます。
ラベリング
リチウム イオン バッテリーは、バッテリーの外装にマークが付けられており、サイズによってコーディングが大きく異なる場合があります。バッテリーマーキングのすべてのメーカー向けの単一の基準はまだ開発されていませんが、最も重要なパラメーターを自分で理解することはまだ可能です.
行内の文字は、セルのタイプと使用される材料を示します。最初の文字 I はリチウムイオン技術を示し、次の文字 (C、M、F、または N) は化学組成を示し、3 番目の文字 R は、セルは充電可能です。
サイズ指定の数字は、バッテリーのサイズをミリメートルで示します。最初の 2 つの数字は直径を示し、残りの 2 つの数字は長さを示します。たとえば、18650 は直径が 18 mm、長さが 65 mm であることを示し、0 は円筒形のフォーム ファクタを示します。
行の最後の文字と数字は、メーカー固有の容量マーキングです。また、製造年月日を示す統一基準もありません。
