リチウムイオン電池はさまざまなものに利用されています。ただ、具体的にどのような特徴があるのか、何に使用されているのかなどはよくわからない人もいるかもしれません。リチウムイオン電池の用途がわかれば、生活のなかでより便利に活用することもできます。そこで、今回はリチウムイオン電池について種類や用途を含めた特徴を解説します。
リチウムイオン電池は正極と負極があり、その間をリチウムイオンが移動して充電・放電をする電池です。一般的に電池は使い切りタイプが一次電池、何度でも繰り返し使用できるタイプを二次電池といいます。リチウムイオン電池は二次電池で、2.4V〜3.8Vと高電圧であることが特徴です。また、鉛やカドミウムといった有害物質を含んでいないので、環境にやさしい点も注目されています。
二次電池はほかにもさまざまありますが、それらのなかでもリチウムイオン電池は蓄電容量が大きいです。たとえば、ニッケル水素と比較すると重量換算で約3倍、体積換算で約4倍となっています。蓄電池は使用していない間にも放電する自己放電をしますが、リチウムイオン電池はその点でも優れており、1カ月間でわずか10％以下と少ないです。電池効率の面ではリチウムイオン電池が最大95％、ニッケル水素電池が最大84％であり、リチウムイオン電池のほうが無駄なく使用できることがわかります。
リチウムイオン電池でよく使用されているのは3種類
リチウムイオン電池は正極・負極の材料別で種類が分かれています。材料はさまざまで、以下が主なものです。
リチウムイオン電池でよく使われている材料とは
リチウムイオン電池でよく使われているのは8種類ほど挙げられます。「ニッケル系」「コバルト系」「マンガン系」「三元系」「チタン酸系」「リチウムポリマー系」「リン酸鉄系」「NCA系」などです。なかでも安全性が高く、コストパフォーマンスもよいという理由から主に使用されているのがリン酸鉄系やNCA系、三元系が挙げられます。
リチウムイオン電池の代表的な種類
リン酸鉄系は正極の材料に使われているもので電池内部が熱くなっても熱暴走が起きにくく、安価で安全性が高いといわれています。NCA系も正極の材料であり、ニッケルとコバルト、アルミニウムの3つの化合物です。NCA系は車にも使用されており、高い耐熱性と低い発熱量、高エネルギー密度化などに優れています。三元系（NMC系）も正極の材料で、ニッケル、マンガン、コバルトの化合物です。コバルト系より安全性が高く、車用に改良されたものになります。低い発熱性と低温時の放電特性があるものです。
リチウムイオン電池の主な性能と寿命
リチウムイオン電池は車からスマホ、パソコンなど幅広いものに採用されている便利なものですが、なぜ注目されているのか、その性能や寿命について見てみましょう。
メモリー効果がない
ニカド電池やニッケル水素電池はメモリー効果があるのが課題となっていますが、リチウムイオン電池の場合はそれがありません。メモリー効果とは充電された電力を0％まで使い切らない状態で充電を繰り返す継ぎ足し充電によって、使用可能時間が通常より短くなる現象です。これは電流を流そうとする機能が低下することで起こるもので、容量が減ったように見えますが、実際には見た目ほど減っていません。リチウムイオン電池はメモリー効果がないため、継ぎ足し充電をすることが可能です。
安全性が高い
一般的に、リチウムイオン電池にはBMS（バッテリーマネジメントシステム）が設置されています。このシステムは過充電・過放電、温度管理などを管理して安全制御を行うものです。容量が大きな産業用のリチウムイオン電池のなかには、それぞれのユニットのセルバランス調整機能がついているものもあります。
寿命の目安
リチウムイオン電池の寿命目安は、サイクル回数と使用回数の2種類です。サイクル回数は100％充電された状態から0％になるまで使い切ることを1サイクルとした場合、何サイクル使用できるかを表しています。使用期間は完全に使えなくなるまでの期間つまり耐用年数です。リチウムイオン電池のサイクル回数は製品差はあるものの、およそ3500サイクルとされています。使用期間は6～10年ほどです。ただ、使い方次第では6年以下の使用期間でも交換時期になる場合もあります。
リチウムイオン電池が使用されているもの
リチウムイオン電池はさまざまな用途に利用されています。安全性や蓄電量の大きさなどメリットも多く、急速に普及しました。
車両のバッテリー
一部の自動車メーカーでは大きな電気容量と軽量化に成功したバッテリーを電気自動車、電動自転車、電動バイクなどに搭載しています。リチウムイオン電池は寿命が長く、高出力なこともあって車載用リチウムイオン電池の市場は注目されています。
通信基地やデータセンター
エネルギー密度と安全性が高いリチウムイオン電池は、使い勝手のよさから通信系に導入されることが増加傾向にあります。導入時のコストの高さが今後の課題として残っているものの、大容量の電力消費をする通信業界での需要はさらに増える見込みです。
再生可能エネルギー設備
自然エネルギーを利用するため、化学燃料の使用量を減らすとともに環境破壊防止ができるといった点が期待できる再生可能エネルギー設備ですが、季節や環境の影響を受けやすいのが課題です。そこで、再生可能エネルギー設備にリチウムイオン電池を併設することで出力の安定性を目指そうという試みが行われています。
スマホなどの携帯機器
メモリー効果がないリチウムイオン電池は、継ぎ足し充電をする機会が多い携帯機器にも使用されています。従来使用されていたニッケル水素電池に替わって、メモリー効果がないリチウムイオン電池が採用されるようになりました。
EcoFlowポータブル電源は、アウトドアやコンセントがない場所でも一度に複数のデバイスの使用や充電ができる優れものです。ポータブル電源には電気を貯めておくために電池が内蔵されています。その主流となっているのがリチウムイオン電池です。EcoFlowポータブル電源には、三元素リチウムイオン電池やリン酸鉄リチウムイオン電池が使用されています。
三元素リチウムイオン電池
三元素リチウムイオン電池はポータブル電源に最も利用されているもので、サイクル回数はおよそ500～1000回です。小型タイプで軽量化されているので、持ち運びすることが多いポータブル電源に向いています。寿命が長いうえにコストが安いのが特徴です。
リン酸鉄リチウムイオン電池
リン酸鉄リチウムイオン電池は熱の安定性がよく、特に安全性が高いポータブル電源に使用されることが多いです。製造コストは三元素系よりも高いですが、サイクル回数は1000～3000サイクルと寿命は三元素リチウムイオン電池より長持ちすることが期待できます。
ポータブル電源を長持ちさせるためには
ポータブル電源を長持ちさせるには、使用されているリチウムイオン電池の寿命をできるだけ長くすることがポイントです。長持ちさせるには「ポータブル電源の充電中にほかのデバイスの充電をしない」「ポータブル電源の残量を60～80%程度残した状態で保管する」などが重要になります。ポータブル電源の充電中にほかのデバイスを充電すると、バッテリーへの負担が大きいです。ただし、EcoFlowポータブル電源であれば、パススルー機能がありますので、充電しながらでも他のデバイスに問題なく給電できます。また、電池残量は100%の状態で保管するとバッテリー内部に高い電圧がかかりやすく、少なすぎると過放電状態になってしまいます。そのため、60～80%の電池残量を残しておくことが大切です。